西北工业大学操作系统实验OS310.docx
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西北工业大学操作系统实验OS310
评语:
课中检查完成的题号及题数：
课后完成的题号与题数：
成绩:
指导教师:
实验报告三
实验名称：
七、八
日期：
2013.05.23
班级：
10011007
学号：
2010302555
姓名：
杨宏志
实验七理解线程的相关概念
1.实验目的
理解当操作系统引入线程的概念后，进程是操作系统独立分配资源的单位，线程
成为系统调度的单位，与同一个进程中的其他线程共享程序空间。
2.实验预习内容
预习线程创建和构造的相关知识，了解C语言程序编写的相关知识。
3.实验内容及步骤
（1）编写一个程序，在其main（）函数中创建一个（或多个）线程，观察该线
程是如何与主线程并发运行的。
输出每次操作后的结果；
（2）在main（）函数外定义一个变量shared（全局变量），在main（）中创建一个线
程，在main（）中和新线程shared进行循环加/减操作，观察该变量的变化；
（3）修改程序把shared变量定义到main（）函数之内，重复第
（2）步操作，
观察该变量的变化。
4.实验总结
（1）观察上述程序执行结果，并分析原因；
（2）提交源程序清单，并附加流程图与注释。
思考：
分析进程和线程的不同之处。
5.具体实现
1）观察线程并发性：
#include
#include
#include
void*func（void*params）
{
while
（1）
{
printf（"iamthethread2\n"）;
sleep
（1）;
}
returnNULL;
}
intmain（）
{
pthread_ttid;
intres=pthread_create（&tid,NULL,func,NULL）;
while
（1）
{
printf（"iammainthread\n"）;
sleep
（1）;
}
return0;
}
2）全局变量共享
#include
#include
#include
intshared=0;
void*func（void*params）
{
while
（1）
{
shared--;
printf（"iamthread2shared=%d\n",shared）;
sleep
（1）;
}
returnNULL;
}
intmain（）
{
pthread_ttid;
intres=pthread_create（&tid,NULL,func,NULL）;
while
（1）
{
shared++;
printf（"iammainthreadshared=%d\n",shared）;
sleep
（1）;
}
return0;
}
3）局部变量，指针传参
#include
#include
#include
void*func（void*params）
{
while
（1）
{
printf（"iamthread2shared=%d\n",*（int*）params）;
（*（int*）params）--;
sleep
（1）;
}
returnNULL;
}
intmain（）
{
pthread_ttid;
intshared=0;
intres=pthread_create（&tid,NULL,func,（void*）（&shared））;
while
（1）
{
shared++;
printf（"iammainthreadshared=%d\n",shared）;
sleep
（1）;
}
return0;
}
实验八请求分页存储管理设计
1.实验目的
模拟存储管理常用的请求分页存储管理技术，通过本实验使学生更加深入的理解
虚拟内存的思想和主要的页面淘汰算法。
2.实验预习内容
学习虚拟存储器的相关基础知识，了解请求分页存储管理系统的原理和具体实现过程，熟悉各种主要的页面调度算法。
3.实验内容及步骤
（1）通过随机数产生一个指令行列，共320条指令，指令中的地址按下述原则生成：
50%的指令是顺序执行；25%的指令均匀分布在前地址部分；25%的指令均匀分布在后地址部分。
（2）具体实验办法是：
在[0，319]之间选一起始点M；顺序执行一条指令，即第
M+1条；向前地址[0，M-1]中执行一条指令M；顺序执行一条指令，即第M+1条；向后地址[M+2，319]中执行一条指令M。
如此继续，直至产生320条指令。
使用产生随机数的函数之前，首先要初始化设置RAN（）产生序列的开始点，SRAND（400）；然后计算随机数，产生指令序列。
例如：
a[0]=1.0*rand（）/32767*319+1；
a[1]=a[0]+1；
a[2]=1.0*rand（）/32767*（a[1]-1）+1；
a[3]=a[2]+1；
a[4]=319-1.0*rand（）/32767*（a[3]-1）；其中rand（）和srand（）为Linux操作系统提供的
函数分别进行初始化和产生随机数，多次重复使用这5条指令，产生以后的指
令序列。
（3）将指令序列变换成页面地址流：
假设，页面大小为1KB；用户实存容量（内存区容量）为4页或32页；用户虚存容量（逻辑地址空间容量）为32KB；用户虚
存容量32KB，每1KB中放10条指令，共320条指令序列，按其地址0~9在0页，
10~19在1页，…….，310~319在31页。
（4）使用不同的页面调度算法处理缺页中断，并计算不同实存容量下的命中率：
先进先出（FIFO）算法；最近最少使用（LRU）算法；命中率的算法为：
命中率=1-（缺页中断次数/页地址流长度）。
本实验中，页地址流长度为320，缺页中断次数为每次访问相应指令时，该指令所对应的页不在内存的次数。
4.实验总结
（1）编制的各程序采用的数据结构及符号说明，提交源程序清单，并附加流程图与注释；
（2）打印页表，对不同算法打印每次调出和装入的页面号，执行最后一条指令后在主存中页面号；
（3）根据实验结果分析并比较不同淘汰算法对不同实存容量的命中率，进而作出评价。
5.具体实现
Fifo使用循环队列实现
#include
#include
#include
#defineHARD_NUM4
#defineINSTRUCT320
#defineVIRTUAL_NUM32
intinstruct[INSTRUCT]={0};
typedefstruct{
intid;//虚存id
boolflag;//是否装入
intcount;//最近使用次数
}HM;
typedefstruct{
HMhm[HARD_NUM+1];
inthead;
inttail;
}FIFO;
typedefstruct{
HMhm[HARD_NUM];
}LRU;
FIFOfifo;
LRUlru;
voidinit（）;
voidfifoTest（）;
boolisInFifo（intpage）;
voidlruTest（）;
intmain（）
{
init（）;
printf（"先进先出fifo...\n"）;
fifoTest（）;
printf（"\n\n"）;
printf（"最近最少使用fifo...\n"）;
lruTest（）;
system（"pause"）;
return0;
}
voidinit（）
{
inti,j;
srand（time（0））;
for（i=0;i{
instruct[i]=1.0*rand（）/RAND_MAX*320;
instruct[i+1]=instruct[i]+1;
instruct[i+2]=1.0*rand（）/RAND_MAX*instruct[i];
instruct[i+3]=instruct[i+2]+1;
instruct[i+4]=319-1.0*rand（）/RAND_MAX*instruct[i+3];
}
}
voidfifoTest（）
{
inti,j;
intlack=0;//缺页次数
//内存初始化
for（i=0;i{
fifo.hm[i].id=0;
fifo.hm[i].flag=false;
fifo.hm[i].count=0;
}
//模拟执行320条指令
for（i=0;i{
//计算该指令在那一页,判断是否在FIFO中
intpage=instruct[i]%VIRTUAL_NUM;
boolisIn=isInFifo（page）;
if（isIn）//在实存中
{
printf（"%dalreadinfifo\n",instruct[i]）;
}
else//缺页，插入队列
{
lack++;
if（（fifo.tail+1）%（HARD_NUM+1）==fifo.head）//队列已满
{
printf（"page%din,page%dout\n",page,fifo.hm[fifo.head].id）;
fifo.hm[fifo.head].id=page;
fifo.tail=fifo.head;
fifo.head=（fifo.head+1）%（HARD_NUM+1）;
}
else
{
printf（"page%din\n",page）;
fifo.hm[fifo.tail].id=page;
fifo.hm[fifo.tail].flag=true;
fifo.tail=（fifo.tail+1）%（HARD_NUM+1）;
}
}
}
printf（"缺页次数:
%d\n",lack）;
printf（"命中:
%lf\n",1.0-1.0*lack/INSTRUCT）;
}
boolisInFifo（intpage）
{
intcur=fifo.head;
if（cur==fifo.tail）//队列为空
returnfalse;
while
（1）
{
if（cur%（HARD_NUM+1）==fifo.tail）//已经到队列尾
break;
if（page==fifo.hm[cur].id&&fifo.hm[cur].flag==true）
returntrue;
cur++;
}
returnfalse;
}
voidlruTest（）
{
inti,j;
intlack=0;//缺页次数
//内存初始化
for（i=0;i{
lru.hm[i].id=0;
lru.hm[i].flag=false;
lru.hm[i].count=0;
}
//模拟执行320条指令
for（i=0;i{
//计算该指令在那一页,判断是否在实存中
intpage=instruct[i]%VIRTUAL_NUM;
boolisIn=false;
for（j=0;jif（lru.hm[j].id==page&&lru.hm[j].flag==true）
{
isIn=true;
lru.hm[j].count++;
}
if（isIn）
printf（"%dalreadin...\n",page）;
else
{
lack++;
//查找最近最少使用的项
intcur=0,count=INT_MAX;
for（j=0;j{
if（lru.hm[j].count{
cur=j;
count=lru.hm[j].count;
}
}
if（lru.hm[cur].flag==false）
{
printf（"page%din\n",page）;
lru.hm[cur].flag=true;
}
else
printf（"page%din,page%dout\n",page,lru.hm[cur].id）;
lru.hm[cur].id=page;
lru.hm[cur].count++;
}
}
printf（"缺页次数:
%d\n",lack）;
printf（"命中:
%lf\n",1.0-1.0*lack/INSTRUCT）;
}
实验结果：
实存为4kb，4个页面结果：
（仅打印结果）
实存为10Kb，10个页面结果：
由以上结果可以看出，最近最少使用算法lru效果比先进先出fifo要好的多，平均超过2倍的性能。
其他页面替换IO打印（部分结果）：
in在实存中，out替换出实存。
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