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
页面置换算法的演示
一.题目要求:
设计一个虚拟存储区和内存工作区,编程序演示下述算法的具体实现过程,并计算访问命中率:
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.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。
四.设计思想:
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:
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。
【特别声明】
若物理块中的页面都不再使用,则每次都置换物理块中第一个位置的页面。
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。
五.流程图:
如下页所示
将页号放入物理块中,编号加1
引用串编号大于物理块数?
载入页号序列,从第0个得到页号
开始
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
是
否
是
是
是
是
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;
system("color0A");
designBy();
printf("┃请按任意键进行初始化操作...┃\n");
printf("┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛\n");
printf(">>>");
getch();
system("cls");
system("color0B");
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(连续输入,无需隔开):
");
for(i=0;iscanf("%1d",&page[i]);
download();
system("cls");
system("color0E");
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)2.最近最久未使用(LRU)*\n");
printf("*3.最佳(OPT)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");
system("color0A");
designBy();/*显示设计者信息后退出*/
printf("┃谢谢使用页面置换算法演示器!
正版授权㊣┃\n");
printf("┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛\n");
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;
system("color0D");
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");
}
}
}
/*显示设计者信息*/
voiddesignBy()
{
printf("┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓\n");
printf("┃㊣课题三:
页面置换算法㊣┃\n");
printf("┃学号:
081001117┃\n");
printf("┃姓名:
邢磊┃\n");
printf("┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫\n");
}
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]