操作系统实验报告材料6-页面置换算法模拟

1、实用标准文档谆U祢嗜/芳实验报告（2013 / 2014 学年第1学期）课程名称操作系统原理实验名称实验6:页面置换算法模拟实验时间 2013 年12 月 10日指导单位软件工程系指导教师杨健学生姓名班级学号学院（系）软件工程系专 业计算机软件与服务外包实验名称实验1 : Linux操作、使用、编程与进程创建指导教师杨健实验类型实验实验学时2实验时间2013.12.10一、实验目的1 .通过模拟实现几种基本页面置换的算法，了解虚拟存储技术的特点。2 .掌握虚拟存储请求页式存储管理中几种基本页面置换算法的基本思想， 并至少用三种算法来模拟实现。3 .通过对几种置换算法页面的比较，来对比他们的优缺

2、点，并通过比较更 换频率来对比它们的效率。二、实验环境（实验设备）Windows 2000Visual Studio三、实验内容设一个虚拟存储区和内存工作区，并使用下述算法来模拟实现页面的置换：1 .先进先出的算法（FIFO）2 .最近最久未使用算法（LRU3 .最佳置换算法（OPT实验分析在进程运行过程中，若其所访问的页面不存在内存而需要把它们调入内 存，但内存已无空闲时，为了保证该进程能够正常运行，系统必须从内存 中调出 页程序或数据送磁盘的对换区中。但应调出哪个页面，需根据一 定的算法来确定，算法的好坏，直接影响到系统的性能。一个好的页面置换算法，应该有较低的页面更换频率。假设分给一作业

3、的物理块数为3 ,页面数为20个。页面号为（20个）：7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, 11 .先进先出（FIFO）置换算法的思路该算法总是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。该算法实现简单，只需把一个进程已调入内存的页面，按 照先后次序连接成一个队列，并设置一个替换指针，使它总指向最老的页 面。2 .最近久未使用（LRU）置换算法的思路最近久未使用置换算法的替换规则，是根据页面调入内存后的使用情况 来进行决策的。该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自 上次被访问以来所经

4、历的时间，当需淘汰一个页面的时候选择现有页面中 其时间值最大的进 行淘汰。3 .最佳（OPT置换算法的思路其所选择的被淘汰的页面，奖是以后不使用的，或者是在未来时间内 不再被访问的页面，采用最佳算法，通常可保证获得最低的缺页率。4 . FIFO页面置换算法当需要访问一个新的页面时，首先调用 findExist（i）函数来查看物理块中是否就有这个页面，若要查看的页面物理块中就有，则调用 display 函数直接显示，不需要替换页面；如果要查看的页面物理块中没有，就需 要寻找空闲物理块放入，若存在有空闲物理块，则将页面放入；若没有空闲物理块，则调用 findReplace函数替换页面。并将物理块中

5、所有页面 timer+ 。5 . LRU页面置换算法当需要访问一个新的页面，首先调用findExist(i)函数查看物理块中是否就有这个页面。6 . OPT页面置换算法当需要访问一个新的页面，首先调用findExist(i)函数来查看物理块中是否有这个页面。7 .寻找置换页面函数findReplace比较三个物理块中的时间标记timer ,找到时间最久的。代码#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <time.h>#define BLOCK_MAX_SIZE 20最？大洙？物？理完？块e大港小？enunFI

6、FO=1,LRU,OPT;struct node_pageint address; / 指？令？地？址.int page_num;/ 页？面？号？int next_order; 下？一？次?访？问 6 两次？序 6 *page;/物？理完？块6定义？typedef struct BlockNodeint page_index; /page数影组哩？的？下？标括？struct BlockNode * next;BlockNode;struct int length; /当獭？前。物？理完？块6长。度6int miss_flag; /缺a？页？标括？志？, ？若？为21, ？则6缺？页？int m

7、iss_count; / 缺 a？页?次？数影BlockNode*front;BlockNode*rear;Block;/本？程i序6电全？局？变？量？名？均。由 ？两？个?单蹋？词洙？组哩？成6,？且6用头？字?母？大洙？写int BlockSize = 5;/ 物？理完？块 e 大洙?小？int PageCount = 200; / 页？面？总哩？数影int PageSize = 1024; / 页？面？大洙？小？int AddrRange = 8*1024; /访？问 6 地址范？围 §int get_num( int down, int up) / 彳#?至U?一？个？dow

8、nup?间？的？整？数影int num;char str111;while (1)fgets(str,111* sizeof (int ),stdin);num=atoi(str); /把？字？符？串？中D的?数影字？转赣换？为2整?数第if (num>=down&& num<=up)break;printf("输?入？范？围§有瓯误6, t1?重？新？输?入?:");/whilereturn num;void init_block() 构1造i T个？空？的？物？理完？：七心跳八列Block.rear=Block.front=(Blo

9、ckNode*)malloc( sizeof (BlockNode);if (!Block.front)printf("内u存?分？配？失骸？败悒？n");exit(0);Block.length=0;Block.miss_count=0;Block.rear->next=NULL;void enqueue( int page index) / 入？队6BlockNode*node=(BlockNode*)malloc( sizeof (BlockNode);if (!node)printf("内u帝分？配？失骸？败悒？n");exit(0);no

10、de->page_index=page_index;node->next=NULL;Block.length+;Block.rear->next=node;Block.rear=node;void dequeue。/ 出？队 6BlockNode*node;node=Block.front->next;Block.front->next=node->next;if (node= Block.rear)Block.rear=Block.front;free(node);Block.length-;void clear_block() / 清？空?物？理完？块

11、6while (Block.rear=Block.front->next)Block.front->next=Block.rear->next;free(Block.rear);Block.length-;Block.rear=Block.front;Block.length=0;Block.miss_count=0;void destroy_block() 销后毁立物理; ?块 6while (Block.rear=Block.front)Block.front=Block.front->next;free(Block.rear);free(page);void in

12、it_page() / 初？始?化 页？面？系 口 列int i,j；srand(time(NULL); /用？当獭？前。系心统？时骸？间？来35 ?初?始？化一随？机u page=(struct node_page*) malloc(PageCount* sizeof (struct node_page);for (i=0;i<PageCount;i+)pagei.address=rand()%AddrRange;pagei.page_num=pagei.address/PageSize;for (i=0;i<PageCount;i+)for (j=i+1;j<PageCo

13、unt;j+)if (pagei.page_num= pagej.page_num)pagei.next_order=j;break;/if/forif (j= PageCount) /说心明+ pagei以？后6者位不?会&再立谛问6 pagei.next_order= PageCount;/forvoid print_page() / 打洙？EJ?页？面？条 u 列Iint i;printf( "n"printf("页?面？家y列 为a：毗n");for (i=0;i<PageCount;i+)printf( "%-2d,%-

14、4d" ,pagei.page_num,pagei.address%PageSize);if (i+1)%5= 0)printf( "n");/ifprintf( "n");void FIFO_Replace( int page_index) /FIFO 置？换?BlockNode*node;if (旧lock.length)enqueue(page_index);Block.miss_flag=0;return ;node=Block.front;while (node=node->next)if (pagenode->page_

15、index.page_num=pagepage_index.page_num)Block.miss_flag=0;return ;if (Block.length<BlockSize)enqueue(page_index);Block.miss_flag=0;return ;dequeue。；enqueue(page_index);Block.miss_flag=1;Block.miss_count+;void LRU_Replace( int page_index) /LRU 置？换？BlockNode*node,*last_node;if (旧lock.length)enqueue(

16、page_index);Block.miss_flag=0;return ;last_node=node=Block.front;while (node=node->next)if (pagenode->page_index.page_num= pagepage_index.page_num)last_node->next=node->next;Block.length-;if (node= Block.rear)Block.rear=last_node;enqueue(node->page_index);free(node);Block.miss_flag=0;

17、return ;last_node=node;if (Block.length<BlockSize)enqueue(page_index);Block.miss_flag=0;return ;dequeue。；enqueue(page_index);Block.miss flag=1;Block.miss_count+;void OPT_Replace( int page_index) /OPT置？换？BlockNode*node;BlockNode*max_node,*max_node_last;if (旧lock.length)enqueue(page_index);Block.mi

18、ss_flag=0;return ;node=Block.front;while (node=node->next)if (pagenode->page_index.page_num= pagepage_index.page_num)node->page_index=page_index;Block.miss_flag=0;return ;if (Block.length<BlockSize)enqueue(page_index);Block.miss_flag=0;return ;node=Block.front;max_node=node->next;whil

19、e (node=node->next) / 寻。找 6Block 中 Dnext_order 值以最？大洙？的？节日感if (pagemax_node->page_index.next_order<pagenode->page_index.next_order) max_node=node;node=Block.front;max_node_last=node;while (node=node->next) / 寻。找 6Block 中 Dnext_order 值以最？大洙？的？节后,品的？上？一？个？节也 if (node= max_node) break;ma

20、x_node_last=node;max_node_last->next= max_node->next;Block.length-;if (max_node= Block.rear)Block.rear=max_node_last;free(max_node);enqueue(page index);Block.miss_flag=1;Block.miss_count+;)void page_replace( int num)(int i,j;BlockNode*node;char str35= "FIFO" , "LRU " , &quo

21、t;OPT "printf( "=%s=HtFnum-1);printf("页?面？号?*");for (i=0;i< BlockSize;i+)printf("");printf( "* 是？否？缺 a?页？ *n");printf( "n"for (i=0;i<PageCount;i+)printf( " %-4d*" ,pagei.page_num);if (num= FIFO)FIFO_Replace(i);else if (num = LRU)LRU_R

22、eplace(i);else if (num = OPT)OPT_Replace(i);node=Block.front;while (node=node->next) printf( "%-2d" ,pagenode->page_index.page_num);for (j=Block.length;j<BlockSize;j+) printf("");printf( "* %s *nn" ,(Block.miss_flag=1 ? "Yes": "No");文案大全prin

23、tf("nn"printf(" 缺 a ? 页？ 数 影 :%d, 缺 a 6%.2fn'n" ,Block.miss_count,( float )Block.miss_count/PageCount *100);printf("按恪？回？车心键u继i续!nn");getchar(); void confige() / 程 i 序 6 设置？int num;while (1)printf("n*n");printf("*程i序6设®置？*n");printf("*n

24、");printf("* 1,设。？置？物？理完？块6大洙?小？(默？认？5) *n");printf（ "* 2,设。？置？访？问 e 班址范？围 § （默？认?8K） *n"）;printf（ "* 3,设。？置？页？面？大洙？小？（默？认？1K） *n"）;printf（ "* 4,设。？置？页？面？总哩？数影（默？认？200） *n"）;printf（ "* 5,显？示？各一项？设。？置？值心*n"）;printf（ "* 6,返5？回？ *n"）

25、;printf(”*n"）；printf（" t1？输？入？您后的选？择？:"）;num=get_num(1,6);if (num=6) break;if (num=1)printf( " t1?输？入？物？理完？块 6 大常小？(1d):" ,BLOCK_MAX_SIZE);BlockSize=get_num(1,BLOCK_MAX_SIZE);printf("设。？置？成 6 功!nn");/ifelse if (num=2)printf( " t1?输？入？访？问 6 班址范？围§ (1%d)K:

26、" ,999);AddrRange=get_num(1,999)* 1024;printf("设。？置？成 6 功!nn");/elseifelse if (num=3)printf( " t1?输？入？页？面？大洙？小？(1d)K: " ,AddrRange/1024);PageSize=get_num(1,AddrRange/1024)* 1024;printf("设。？置？成 6 功!nn");/elseifelse if (num=4)printf(" t1?输？入？页？面？总哩？数第(1d):"

27、 ,32767);PageCount=get_num(1,32767);printf("设。？置？成 6 功!nn");/elseifelse if (num=5)printf( "n");printf( "* 当獭？前。 物？理完？块 e 大洙?小？:dn" ,BlockSize);printf( "* 当獭?前° 访？问 e 地址范？围 § :%d K'n" ,AddrRange/1024);printf( "* 当獭？前。页？面？大洙？小？:d K'n"

28、 ,PageSize/1024);printf( "* 当獭？前。页？面？总哩？数影dn",PageCount);printf( "n");free(page);init_page();void begin()int num;print_page();while (1)printf(n*n")；printf(*页？面?置？换？算？法35 ?*n");printf(printf("* 1,先6速先6出?置？换？算？法35?FIFO) *n");printf("* 2,最？近u最久?未使？用？置？才?算?法3

29、5 ?LRU) *n"printf("* 3,最?('圭?置？换?算?法35?OPT) *n");printf("* 4,返5?回？*n"););*、口*、口printf(printf(t1?输？入？您后的选?才！？:");num=get_num(1,4);if (num= 4)break;page_replace(num);clear_block();free(page);init_page();)；)；int main() int num;init_block();init_page();while (1)printf(n

30、*n"）；printf(printf(*、口）；*存？储泡？器一管u理完？模£拟a系心统？*n"）;printf(* 1,进？入？页？面？置？换？算？法35?*肝）;printf(* 2,进？入?程1序6设®置？*n"）;printf(* 3,退？出？ *n");printf(*、口）；printf(t1?输？入？您后的选?才！？:"）;num=get_num(1,3);if (num= 3) break;if (num= 1) begin();else if (num = 2) confige();destroy_bloc

31、k();return 0;截图1,963,10051C4,222H2,6271T4,7486,648H7-654】【2,24】16.20H&.5155,899H2,591114,114JC0,2892*443C5,39H2,93415-66目JEB,121H1,49210 ,667 1L& ,552 3 ,163 E4 ,1019110 ,780 CE,575JL3,134Jf?,?80115,70H1,3615,549111,881】16,3031.1962.650?,727H4,903M6,35514,5051,1002C3,110H6,906M2,302117,133 1,5505,2588,2937,7146,7951(5,2615,568HR,?51 3,544112741H0,64912,1016113,1020JC3,6741C3.927?*7757一 549312,892 2.852?.103H7,71510,11&H0,1006115,8511L7,5361(5.9231«页面置换算法*上先进先出置横算造FIFA -2,恿近最久未栓用置权算法1利*3,遭佳置换具宏em *4,返回*青输入您的选择;<4*42 1 * Mo *& 0 * Ves *07*