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、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,然后再从后宴旁键面逐一比较,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page[pSIZE]存储页面号序列,memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。数组next[mSIZE]记录物理块中对应页面的最后访问时间。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time[mSIZE]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page[pSIZE]存储页面号序列,memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。数组flag[10]标记页面的访问时间。每当使用页晌巧面时,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:
如下页所示
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启圆:
4.运算中延迟 *** 作:
5.三种算法演示结果:
只有一个巧碰先进先出(fifo)的!#include<iostream.h>int choose //选择置换方法
int PageOrder[100] //页面走向
int Order=0 //页面计数
int MaxPage//页面总数
int MaxPhy //物理块总数
int count //命中次数struct PageTable //页表结构体
{
int PageNomber
int PhyNomber
int Sta //状态位
int Visit //访问位
int Change //改变位
}struct PageTable p[10]//最多同时进入10个页表void main()
{
void Init()
void Fifo()
void Lru()
Init()
cout<<"请选择置换方法"<孝猛谈<endl<<"1、FIFO 2、LRU"<<endl
cin>>choose
if(choose==1)
{
cout<<"物理块变化过程:"<<endl
Fifo()
cout<<endl
cout<<"命中次数:"<<count<<endl}
else
Lru()
}void Init()
{
cout<<"请输入页表长度"
cin>>MaxPage
for(int i=1i<=MaxPagei++)
{
p[i].PageNomber=i
p[i].PhyNomber=0
p[i].Change=0
p[i].Sta=0
p[i].Visit=0
}
cout<<endl<<"请输入物理块数"
cin>>MaxPhy
cout<<"请输入页面走向以0结束"<<endl
int j=0
PageOrder[0]=1
while(PageOrder[j]!=0)
{
j++
Order++
cin>>PageOrder[j]
if(j>99)
{
cout<<"超过最大数量,请重新输入,以0结束!"
continue
}
}
}void Fifo()
{
int Max(struct PageTable M[])
struct PageTable i[10]//模拟物理块
for(int j=0j<MaxPhyj++)
{
i[j].PageNomber=0
i[j].Visit=0
}
int b=0//标志位,标知宴记物理块已满
for(int k=1k<Orderk++)
{
if(b==1)//物理块满,进行页面置换
{
int a=0//标志位,是否命中
for(int m=0m<MaxPhym++)//判断命中
{
if(i[m].PageNomber==PageOrder[k])
{
a=1
count++
cout<<"命中"<<" "
break
}
}
if(a==1)continue//命中继续循环
int Ma=Max(i)//未命中,选择时间最长的物理块进行置换
cout<<"替换"<<Ma<<" "
i[Ma]=p[PageOrder[k]]
for(int l=0l<MaxPhyl++)
i[l].Visit++
continue
}
for(j=0j<MaxPhyj++)//页面写入空物理块
{
if(i[j].PageNomber==0)
{
i[j]=p[PageOrder[k]]
cout<<"进入"<<" "
for(int l=0l<=jl++)
i[l].Visit++
if(j==MaxPhy-1)
b=b+1
break
}
}
}
}void Lru()
{}int Max(struct PageTable M[])//返回最大值
{
int temp,Max=0
temp=M[0].Visit
for(int j=1j<MaxPhyj++)
{
if(temp<M[j].Visit)
{
temp=M[j].Visit
Max=j
}
}
return(Max)
}
//熬夜弄出来的,记得加分哦#include<stdio.h>
void Print(int bc[],int blockCount)
{
for(int i=0i<blockCounti++)
{
printf("%d ",bc[i])
}
printf("\n")
}
bool Travel(int bc[],int blockCount,int x)
{
bool is_found=false
int i
for(i=0i<blockCounti++)
{
if(bc[i]==x)
{
is_found=true
break
}
}
return is_found
}
void FIFO(int pc[],int bc[],int pageCount,int blockCount)
{
printf("0:FIFO置换算法\n")
int i
if(pageCount<=blockCount)
{
printf("缺页次数为0\n")
printf("缺页率为0\n")
}
else
{
int noPage=0
int p=0
for(i=0i<pageCounti++)
{
//printf("引用页:%d\n",pc[i])
if(!Travel(bc,blockCount,pc[i]))
{
if(i<blockCount)
{
bc[i]=pc[i]
}
else
{
if(p==blockCount)
{
p=0
}
bc[p]=pc[i]
p++
}
noPage++
//printf("物理块情况:\n")
//Print(bc,blockCount)
}
//printf("\n")
}
printf("FIFO缺页次数为:%d\n",noPage)
printf("FIFO缺页率为:%.2f%%\n",(float)noPage/pageCount*100)
}
}
int FoundMaxNum(int a[],int n)
{
int k,j
k=a[0]
j=0
for (int i=0i<ni++)
{
if(a[i]>=k)
{
k=a[i]
j=i
}
}
return j
}
void LRU(int pc[],int bc[],int pageCount,int blockCount)
{
printf("1:LRU置换算法\n")
if(pageCount<=blockCount)
{
printf("缺页次数为0\n")
printf("缺页率为0\n")
}
else
{
int noPage=0
int i,j,m
int bc1[100]
for(i=0i<blockCounti++)
{
bc1[i]=0
}
for(i=0i<pageCounti++)
{
// printf("引用页:%d\n",pc[i])
if(!Travel(bc,blockCount,pc[i]))
{
if(i<blockCount)
{
bc[i]=pc[i]
for(int p=0p<=ip++)
{
bc1[p]++
}
}
else
{
for(j=0j<blockCountj++)
{
bc1[j]++
}
int k=FoundMaxNum(bc1,blockCount)
bc[k]=pc[i]
bc1[k]=1
}
noPage++
//printf("物理快情况:\n")
//Print(bc,blockCount)
}
else if(Travel(bc,blockCount,pc[i]))
{
if(i<blockCount)
{
for(j=0j<=ij++)
{
bc1[j]++
}
for(m=0m<=im++)
{
if(bc[m]==pc[i])
{
break
}
}
bc1[m]=1
bc[m]=pc[i]
}
else
{
for(j=0j<blockCountj++)
{
bc1[j]++
}
for(m=0m<blockCountm++)
{
if(bc[m]==pc[i])
{
break
}
}
bc1[m]=1
bc[m]=pc[i]
}
}
//printf("\n")
}
printf("LRU缺页次数为:%d\n",noPage)
printf("LRU缺页率为:%.2f%%\n",(float)noPage/pageCount*100)
}
}
void Optiomal(int pc[],int bc[],int pageCount,int blockCount)
{
printf("2:最佳置换算法\n")
if(pageCount<=blockCount)
{
printf("缺页次数为0\n")
printf("缺页率为0\n")
}
else
{
int noPage=0
int i,j,k
for(i=0i<pageCounti++)
{
// printf("引用页:%d\n",pc[i])
if(!Travel(bc,blockCount,pc[i]))
{
if(i<blockCount)
{
bc[i]=pc[i]
}
else
{
int max=0
int blockIndex
for(j=0j<blockCountj++)
{
for(k=ik<pageCountk++)
{
if(bc[j]==pc[k])
{
break
}
}
if(k>=max)
{
max=k
blockIndex=j
}
}
bc[blockIndex]=pc[i]
}
noPage++
//printf("物理快情况:\n")
//Print(bc,blockCount)
}
//printf("\n")
}
printf("OPT缺页次数为:%d\n",noPage)
printf("OPT缺页率为:%.2f%%\n",(float)noPage/pageCount*100)
}
}
int main()
{
int pageCount,blockCount,i,pc[100]
printf("输入页面数\n")
scanf("%d",&pageCount)
printf("输入页面走向\n")
for(i=0i<pageCounti++)
{
scanf("%d",&pc[i])
}
blockCount=3//物理块数
int bc1[100]
printf("\n")
FIFO(pc,bc1,pageCount,blockCount)
int bc2[100]
printf("\n")
LRU(pc,bc2,pageCount,blockCount)
int bc3[100]
printf("\n")
Optiomal(pc,bc3,pageCount,blockCount)
return 0
}
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