操作系统课程设计-页面置换算法C语言

1、页面置换算法一题目要求：通过实现页面置换算法的FIFO和LRU两种算法，理解进程运行时系统是怎样选择换出页面的，对于两种不同的算法各自的优缺点是哪些。要求设计主界面以灵活选择某算法，且以下算法都要实现1) 最佳置换算法(OPT)：将以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面换出。2) 先进先出算法(FIFO)：淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。3) 最近最久未使用算法(LRU)：淘汰最近最久未被使用的页面。4) 最不经常使用算法(LFU)二实验目的：1、用C语言编写OPT、FIFO、LRU，LFU四种置换算法。2、熟悉内存分页管理策略。3、了解页面

2、置换的算法。4、掌握一般常用的调度算法。5、根据方案使算法得以模拟实现。6、锻炼知识的运用能力和实践能力。三、设计要求1、编写算法，实现页面置换算法FIFO、LRU；2、针对内存地址引用串，运行页面置换算法进行页面置换； 3、算法所需的各种参数由输入产生（手工输入或者随机数产生）；4、输出内存驻留的页面集合，页错误次数以及页错误率；四相关知识：1虚拟存储器的引入： 局部性原理：程序在执行时在一较短时间内仅限于某个部分；相应的，它所访问的存储空间也局限于某个区域，它主要表现在以下两个方面：时间局限性和空间局限性。2虚拟存储器的定义： 虚拟存储器是只具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量

3、进行扩充的一种存储器系统。3虚拟存储器的实现方式： 分页请求系统，它是在分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页面形式虚拟存储系统。 请求分段系统，它是在分段系统的基础上，增加了请求调段及分段置换功能后，所形成的段式虚拟存储系统。4页面分配： 平均分配算法，是将系统中所有可供分配的物理块，平均分配给各个进程。 按比例分配算法，根据进程的大小按比例分配物理块。 考虑优先的分配算法，把内存中可供分配的所有物理块分成两部分：一部分按比例地分配给各进程；另一部分则根据个进程的优先权，适当的增加其相应份额后，分配给各进程。5页面置换算法：常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、

4、Clock、LFU、PBA等。五、设计说明1、采用数组页面的页号2、FIFO算法，选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰；分配n个物理块给进程，运行时先把前n个不同页面一起装入内存，然后再从后面逐一比较，输出页面及页错误数和页错误率。3、LRU算法，根据页面调入内存后的使用情况进行决策； 同样分配n个物理块给进程，前n个不同页面一起装入内存，后面步骤与前一算法类似。选择置换算法，先输入所有页面号，为系统分配物理块，依次进行置换：六设计思想：OPT基本思想：是用一维数组pagepSIZE存储页面号序列，memerymSIZE是存储装入物理块中的页面。数组nextmSIZE记录物理块中对应页面的最

5、后访问时间。每当发生缺页时，就从物理块中找出最后访问时间最大的页面，调出该页，换入所缺的页面。FIFO基本思想：是用队列存储内存中的页面，队列的特点是先进先出，与该算法是一致的，所以每当发生缺页时，就从队头删除一页，而从队尾加入缺页。或者借助辅助数组timemSIZE记录物理块中对应页面的进入时间，每次需要置换时换出进入时间最小的页面。LRU基本思想：是用一维数组pagepSIZE存储页面号序列，memerymSIZE是存储装入物理块中的页面。数组flag10标记页面的访问时间。每当使用页面时，刷新访问时间。发生缺页时，就从物理块中页面标记最小的一页，调出该页，换入所缺的页面。七流程图：如下页

6、所示开始载入页号序列，从第0个得到页号将页号放入物理块中，编号加1引用串编号大于物理块数?否页号在物理块中?根据选择的置换算法完成置换页号序列载完?结束否否是是是六运行结果：1. 按任意键进行初始化：2. 载入数据：3. 进入置换算法选择界面：4.运算中延迟操作：5.三种算法演示结果：八.结论通过这次课程设计，不仅让我了解了页面置换算法，开始我一味的进行调试，急切的想侥幸调试出来，但由于没有进行深入的考虑，我调试了很久都没没有成功，我仔细的分析题目，分析材料，在原由的基础上我进行了改正，我最后还是调试成功了，还是经过了一翻努力，这次操作系统实习，不仅让我对操作系统这门课程有了更深入的研究、对很

7、多重要的概念有了巩固和掌握。通过努力，三个页面置换算法程序都已经完成，此时此刻，我心里多了些成就感。虽然自己所做的很少也不够完善，但毕竟也是努力的结果。主要有以下几点收获：1.通过对上网和看书查阅相关资料，使自己对C语言的基本框架有新的了解，加深了对可视化程序的认识。 2.在使用C语言来实现功能时，不像以往用的其他语言，它比较简练，更容易理解，实用性很强。3.先进先出页面置换和LRU以及OPT算法各有特点，但是实践起来却很大，使自己对页面置换算法有了新的认识。一周半的课程设计就要结束了，不但对专业知识有了更深的理解，更使的自己认识到实践的重要性，理论、实践相结合才能达到很好的学习效果，特别是程

8、序语言的学习。六源代码：如下页所示【使用C语言】#include <stdio.h>#include <stdlib.h>/*全局变量*/int mSIZE; /*物理块数*/int pSIZE; /*页面号引用串个数*/static int memery10=0; /*物理块中的页号*/static int page100=0; /*页面号引用串*/static int temp10010=0; /*辅助数组*/*置换算法函数*/void FIFO();void LRU();void OPT();/*辅助函数*/void print(unsigned int t);v

9、oid designBy();void download();void mDelay(unsigned int Delay);/*主函数*/void main() int i,k,code;printf("n"); printf("请按任意键进行初始化操作. n"); printf("n"); printf(" >>>"); getch();system("cls"); printf("请输入物理块的个数(M<=10)："); scanf("

10、%d",&mSIZE); printf("请输入页面号引用串的个数(P<=100)："); scanf("%d",&pSIZE); puts("请依次输入页面号引用串(用空格隔开)："); for(i=0;i<pSIZE;i+) scanf("%1d",&pagei); download(); system("cls"); do puts("输入的页面号引用串为："); for(k=0;k<=(pSIZE-1)/20;k+)

11、 for(i=20*k;(i<pSIZE)&&(i<20*(k+1);i+) if(i+1)%20=0)|(i+1)%20)&&(i=pSIZE-1) printf("%dn",pagei); else printf("%d ",pagei); printf("* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *n"); printf("* 请选择页面置换算法：ttt *n"); printf("* - *n");

12、 printf("* 1.先进先出(FIFO) *n");printf("* 2.最近最久未使用(LRU) *n"); printf("* 3.最佳(OPT) *n");printf("* 4.退出 *n"); printf("* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *n"); printf("请选择操作： bb"); scanf("%d",&code); switch(code) case 1: F

13、IFO(); break; case 2: LRU(); break; case 3: OPT(); break; case 4: system("cls"); exit(0); default: printf("输入错误，请重新输入："); printf("按任意键重新选择置换算法：>>>"); getch(); system("cls"); while (code!=4); getch();/*载入数据*/void download() int i; printf("n")

14、; printf("正在载入数据，请稍候 !n"); printf("n"); printf("Loading.n"); printf(" O"); for(i=0;i<51;i+) printf("b"); for(i=0;i<50;i+) mDelay(pSIZE+mSIZE)/2); printf(">"); printf("nFinish.n载入成功，按任意键进入置换算法选择界面：>>>"); getch();/

15、*设置延迟*/void mDelay(unsigned int Delay) unsigned int i; for(;Delay>0;Delay-) for(i=0;i<124;i+) printf(" b"); void print(unsigned int t) int i,j,k,l; int flag; for(k=0;k<=(pSIZE-1)/20;k+) for(i=20*k;(i<pSIZE)&&(i<20*(k+1);i+) if(i+1)%20=0)|(i+1)%20)&&(i=pSIZE-1

16、) printf("%dn",pagei); else printf("%d ",pagei); for(j=0;j<mSIZE;j+) for(i=20*k;(i<mSIZE+20*k)&&(i<pSIZE);i+) if(i>=j) printf(" |%d|",tempij); else printf(" | |"); for(i=mSIZE+20*k;(i<pSIZE)&&(i<20*(k+1);i+) for(flag=0,l=0;l&l

17、t;mSIZE;l+) if(tempil=tempi-1l) flag+; if(flag=mSIZE)/*页面在物理块中*/ printf(" "); else printf(" |%d|",tempij); /*每行显示20个*/ if(i%20=0) continue; printf("n"); printf("-n"); printf("缺页次数：%dtt",t+mSIZE); printf("缺页率：%d/%dn",t+mSIZE,pSIZE); printf(&

18、quot;置换次数：%dtt",t); printf("访问命中率：%d%n",(pSIZE-(t+mSIZE)*100/pSIZE); printf("-n"); /*计算过程延迟*/void compute() int i; printf("正在进行相关计算，请稍候"); for(i=1;i<20;i+) mDelay(15); if(i%4=0) printf("bbbbbb bbbbbb"); else printf(""); for(i=0;i+<30;print

19、f("b"); for(i=0;i+<30;printf(" "); for(i=0;i+<30;printf("b");/*先进先出页面置换算法*/void FIFO() int memery10=0; int time10=0; /*记录进入物理块的时间*/ int i,j,k,m; int max=0; /*记录换出页*/ int count=0; /*记录置换次数*/ /*前mSIZE个数直接放入*/ for(i=0;i<mSIZE;i+) memeryi=pagei; timei=i; for(j=0;j&

20、lt;mSIZE;j+) tempij=memeryj; for(i=mSIZE;i<pSIZE;i+) /*判断新页面号是否在物理块中*/ for(j=0,k=0;j<mSIZE;j+) if(memeryj!=pagei) k+; if(k=mSIZE) /*如果不在物理块中*/ count+; /*计算换出页*/ max=time0<time1?0:1; for(m=2;m<mSIZE;m+) if(timem<timemax) max=m; memerymax=pagei; timemax=i; /*记录该页进入物理块的时间*/ for(j=0;j<

21、mSIZE;j+) tempij=memeryj; else for(j=0;j<mSIZE;j+) tempij=memeryj; compute(); print(count);/*最近最久未使用置换算法*/void LRU() int memery10=0; int flag10=0; /*记录页面的访问时间*/ int i,j,k,m; int max=0; /*记录换出页*/ int count=0; /*记录置换次数*/ /*前mSIZE个数直接放入*/ for(i=0;i<mSIZE;i+) memeryi=pagei; flagi=i; for(j=0;j<m

22、SIZE;j+) tempij=memeryj; for(i=mSIZE;i<pSIZE;i+) /*判断新页面号是否在物理块中*/ for(j=0,k=0;j<mSIZE;j+) if(memeryj!=pagei) k+; else flagj=i; /*刷新该页的访问时间*/ if(k=mSIZE) /*如果不在物理块中*/ count+; /*计算换出页*/ max=flag0<flag1?0:1; for(m=2;m<mSIZE;m+) if(flagm<flagmax) max=m; memerymax=pagei; flagmax=i; /*记录该页的访问时间*/ for(j=0;j<mSIZE;j+) tempij=memeryj; else for(j=0;j<mSI