操作系统课程设计页面置换算法C语言.docx
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操作系统课程设计页面置换算法C语言
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：
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，特别是程序语言的学习。
六．源代码：
如下页所示【使用C语言】
#include
#include
/*全局变量*/
intmSIZE;/*物理块数*/
intpSIZE;/*页面号引用串个数*/
staticintmemery[10]={0};/*物理块中的页号*/
staticintpage[100]={0};/*页面号引用串*/
staticinttemp[100][10]={0};/*辅助数组*/
/*置换算法函数*/
voidFIFO（）;
voidLRU（）;
voidOPT（）;
/*辅助函数*/
voidprint（unsignedintt）;
voiddesignBy（）;
voiddownload（）;
voidmDelay（unsignedintDelay）;
/*主函数*/
voidmain（）
{
inti,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（"%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;iscanf（"%1d",&page[i]）;
download（）;
system（"cls"）;
do{
puts（"输入的页面号引用串为：
"）;
for（k=0;k<=（pSIZE-1）/20;k++）
{
for（i=20*k;（i{
if（（（i+1）%20==0）||（（（i+1）%20）&&（i==pSIZE-1）））
printf（"%d\n",page[i]）;
else
printf（"%d",page[i]）;
}
}
printf（"***********************\n"）;
printf（"*请选择页面置换算法：
\t\t\t*\n"）;
printf（"*-----------------------------------------*\n"）;
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：
[]\b\b"）;
scanf（"%d",&code）;
switch（code）
{
case1:
FIFO（）;
break;
case2:
LRU（）;
break;
case3:
OPT（）;
break;
case4:
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*/
voiddownload（）
{
inti;
printf（"╔════════════╗\n"）;
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（）;
}
/*设置延迟*/
voidmDelay（unsignedintDelay）
{
unsignedinti;
for（;Delay>0;Delay--）
{
for（i=0;i<124;i++）
{
printf（"\b"）;
}
}
}
voidprint（unsignedintt）
{
inti,j,k,l;
intflag;
for（k=0;k<=（pSIZE-1）/20;k++）
{
for（i=20*k;（i{
if（（（i+1）%20==0）||（（（i+1）%20）&&（i==pSIZE-1）））
printf（"%d\n",page[i]）;
else
printf（"%d",page[i]）;
}
for（j=0;j{
for（i=20*k;（i{
if（i>=j）
printf（"|%d|",temp[i][j]）;
else
printf（"||"）;
}
for（i=mSIZE+20*k;（i{
for（flag=0,l=0;lif（temp[i][l]==temp[i-1][l]）
flag++;
if（flag==mSIZE）/*页面在物理块中*/
printf（""）;
else
printf（"|%d|",temp[i][j]）;
}
/*每行显示20个*/
if（i%20==0）
continue;
printf（"\n"）;
}
}
printf（"----------------------------------------\n"）;
printf（"缺页次数：
%d\t\t",t+mSIZE）;
printf（"缺页率：
%d/%d\n",t+mSIZE,pSIZE）;
printf（"置换次数：
%d\t\t",t）;
printf（"访问命中率：
%d%%\n",（pSIZE-（t+mSIZE））*100/pSIZE）;
printf（"----------------------------------------\n"）;
}
/*计算过程延迟*/
voidcompute（）
{
inti;
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（"\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b"）;
else
printf（"Θ"）;
}
for（i=0;i++<30;printf（"\b"））;
for（i=0;i++<30;printf（""））;
for（i=0;i++<30;printf（"\b"））;
}
/*先进先出页面置换算法*/
voidFIFO（）
{
intmemery[10]={0};
inttime[10]={0};/*记录进入物理块的时间*/
inti,j,k,m;
intmax=0;/*记录换出页*/
intcount=0;/*记录置换次数*/
/*前mSIZE个数直接放入*/
for（i=0;i{
memery[i]=page[i];
time[i]=i;
for（j=0;jtemp[i][j]=memery[j];
}
for（i=mSIZE;i{
/*判断新页面号是否在物理块中*/
for（j=0,k=0;j{
if（memery[j]!
=page[i]）
k++;
}
if（k==mSIZE）/*如果不在物理块中*/
{
count++;
/*计算换出页*/
max=time[0]0:
1;
for（m=2;mif（time[m]max=m;
memery[max]=page[i];
time[max]=i;/*记录该页进入物理块的时间*/
for（j=0;jtemp[i][j]=memery[j];
}
else
{
for（j=0;jtemp[i][j]=memery[j];
}
}
compute（）;
print（count）;
}
/*最近最久未使用置换算法*/
voidLRU（）
{
intmemery[10]={0};
intflag[10]={0};/*记录页面的访问时间*/
inti,j,k,m;
intmax=0;/*记录换出页*/
intcount=0;/*记录置换次数*/
/*前mSIZE个数直接放入*/
for（i=0;i{
memery[i]=page[i];
flag[i]=i;
for（j=0;jtemp[i][j]=memery[j];
}
for（i=mSIZE;i{
/*判断新页面号是否在物理块中*/
for（j=0,k=0;j{
if（memery[j]!
=page[i]）
k++;
else
flag[j]=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=flag[0]0:
1;
for（m=2;mif（flag[m]max=m;
memery[max]=page[i];
flag[max]=i;/*记录该页的访问时间*/
for（j=0;jtemp[i][j]=memery[j];
}
else
{
for（j=0;jtemp[i][j]=memery[j];
}
}
compute（）;
print（count）;
}
/*最佳置换算法*/
voidOPT（）
{
intmemery[10]={0};
intnext[10]={0};/*记录下一次访问时间*/
inti,j,k,l,m;
intmax;/*记录换出页*/
intcount=0;/*记录置换次数*/
/*前mSIZE个数直接放入*/
for（i=0;i{
memery[i]=page[i];
for（j=0;jtemp[i][j]=memery[j];
}
for（i=mSIZE;i{
/*判断新页面号是否在物理块中*/
for（j=0,k=0;j{
if（memery[j]!
=page[i]）
k++;
}
if（k==mSIZE）/*如果不在物理块中*/
{
count++;
/*得到物理快中各页下一次访问时间*/
for（m=0;m{
for（l=i+1;lif（memery[m]==page[l]）
break;
next[m]=l;
}
/*计算换出页*/
max=next[0]>=next[1]?
0:
1;
for（m=2;mif（next[m]>next[max]）
max=m;
/*下一次访问时间都为pSIZE,则置换物理块中第一个*/
memery[max]=page[i];
for（j=0;jtemp[i][j]=memery[j];
}
else{
for（j=0;jtemp[i][j]=memery[j];
}
}
compute（）;
print（count）;
}
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