操作系统存储管理实验报告Word格式文档下载.docx
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2、指令序列变换成页地址流，设：
①页面大小为1K；
②用户内存容量为4页到32页；
③用户虚存容量为32K。
在用户虚存中，按每页存放10条指令排列虚存地址，即320条指令在虚存中的存放方式为：
第0条～第9条指令为第0页（对应虚存地址为[0，9]）；
第10条～第19条指令为第1页（对应虚存地址为[10，19]）；
…………
第310条～第319条指令为第31页（对应虚存地址为[310，319]）；
3、计算并输出下述各种算法（可任选三个）在不同内存容量下的命中率。
A.FIFO先进先出置换算法；
B.LRU最近最久未使用置换算法；
C.OPT最佳置换算法。
D.NUR最近未使用置换算法。
E.LFU最少使用置换算法。
三、总的设计思想、环境语言、工具等
总的设计思想：
1、编写函数计算并输出下述各种算法的命中率
1OPT页面置换算法
OPT所选择被淘汰的页面是已调入内存，且在以后永不使用的，或是在最长时间内不再被访问的页面。
因此如何找出这样的页面是该算法的关键。
可为每个页面设置一个步长变量，其初值为一足够大的数，对于不在内存的页面，将其值重置为零，对于位于内存的页面，其值重置为当前访问页面与之后首次出现该页面时两者之间的距离，因此该值越大表示该页是在最长时间内不再被访问的页面，可以选择其作为换出页面。
2FIFO页面置换算法
FIFO总是选择最先进入内存的页面予以淘汰，因此可设置一个先进先出的忙页帧队列，新调入内存的页面挂在该队列的尾部，而当无空闲页帧时，可从该队列首部取下一个页帧作为空闲页帧，进而调入所需页面。
3LRU页面置换算法
LRU是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的，它利用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似，选择最近最久未使用的页面予以淘汰。
该算法主要借助于页面结构中的访问时间time来实现，time记录了一个页面上次的访问时间，因此，当须淘汰一个页面时，选择处于内存的页面中其time值最小的页面，即最近最久未使用的页面予以淘汰。
4LFU页面置换算法
LFU要求为每个页面配置一个计数器（即页面结构中的counter），一旦某页被访问，则将其计数器的值加1，在需要选择一页置换时，则将选择其计数器值最小的页面，即内存中访问次数最少的页面进行淘汰。
5NUR页面置换算法
NUR要求为每个页面设置一位访问位（该访问位仍可使用页面结构中的counter表示），当某页被访问时，其访问位counter置为1。
需要进行页面置换时，置换算法从替换指针开始（初始时指向第一个页面）顺序检查处于内存中的各个页面，如果其访问位为0，就选择该页换出，否则替换指针下移继续向下查找。
如果内存中的所有页面扫描完毕未找到访问位为0的页面，则将替换指针重新指向第一个页面，同时将内存中所有页面的访问位置0，当开始下一轮扫描时，便一定能找到counter为0的页面。
2、在主函数中生成要求的指令序列，并将其转换成页地址流；
在不同的内存容量下调用上述函数使其计算并输出相应的命中率。
环境语言：
Linux下的GNU编译环境
四、数据结构与模块说明
程序中用到的数据结构、类型定义及主要的函数原型如下：
1、数据结构
（1）页面结构
typedefstruct{
intpn,pfn,counter,time;
}pl_type;
pl_typepl[total_vp];
其中pn为页面号（页号），pfn为页帧号（物理块号），counter为一个周期内访问该页面的次数，time为访问时间；
pl[total_vp]为页面结构数组，由于共有320条指令，每页可装入10条指令，因此虚页长total_vp的值为32。
（2）页帧控制结构
structpfc_struct{
intpn,pfn;
structpfc_struct*next;
};
typedefstructpfc_structpfc_type;
pfc_typepfc[total_vp],*freepf_head,*busypf_head,*busypf_tail;
其中pfc[total_vp]定义用户进程的页帧控制结构数组，在该实验中，用户内存工作区是动态变化的，最多可达到用户进程的虚页数目，即32个物理块。
*freepf_head为空闲页帧头的指针
*busypf_head为忙页帧头的指针
*busypf_tail忙页帧尾的指针
2、变量定义
（1）inta[total_instruction]:
指令流数组
（2）intdiseffect:
页面失效次数
（3）intpage[total_instruction]:
每条指令所属页面号
（4）intoffset[total_instruction]:
每页装入10条指令后取模运算得出的页内偏移地址
（5）inttotal_pf:
用户进程的内存页帧数
3、主要函数
（1）voidinitialize（int）:
初始化函数
该函数主要对页面结构数组pl和页帧结构数组pfc进行初始化，如置页面结构中的页面号pn，初始化页帧号pfn为空，访问次数counter为0，访问时间time为-1；
同样对页帧数组进行初始化，形成一个空闲页帧队列。
（2）voidOPT（int）:
计算使用最佳页面算法时的命中率
（3）voidFIFO（int）:
计算使用先进先出页面置换算法时的命中率
（4）voidLRU（int）:
计算使用最近最久未使用页面置换算法时的命中率
（5）voidLFU（int）:
计算使用最少使用置换算法时的命中率
（6）voidNUR（int）:
计算使用最近未使用置换算法时的命中率
五、主要算法的设计与实现
voidFIFO（inttotal_pf）/*先进先出页面置换算法*/
{
inti,j;
pfc_type*p;
initialize（total_pf）;
busypf_head=busypf_tail=NULL;
for（i=0;
i<
total_instruction;
i++）
{
if（pl[page[i]].pfn==INVALID）/*页面失效*/
{
diseffect=diseffect+1;
if（freepf_head==NULL）/*无空闲页帧*/
{
p=busypf_head->
next;
pl[busypf_head->
pn].pfn=INVALID;
//将忙页帧队首页面作为换出页面
freepf_head=busypf_head;
freepf_head->
next=NULL;
busypf_head=p;
//忙页帧头指针后移
}
p=freepf_head->
//有空闲页帧
freepf_head->
pn=page[i];
/*将所需页面调入空闲页帧*/
pl[page[i]].pfn=freepf_head->
pfn;
if（busypf_tail==NULL）/*若忙页帧队列为空，则将其头尾指针都指向刚调入页面所在的页帧*/
busypf_head=busypf_tail=freepf_head;
else{//否则，将刚调入页面所在的页帧挂在忙页帧队列尾部
busypf_tail->
next=freepf_head;
busypf_tail=freepf_head;
freepf_head=p;
//空闲页帧头指针后移
}
printf（"
FIFO:
%6.4f"
1-（float）diseffect/320）;
}
voidLRU（inttotal_pf）/*最近最久未使用页面置换算法*/
intmin,minj,present_time;
initialize（total_pf）;
present_time=0;
if（pl[page[i]].pfn==INVALID）/*页面失效*/
{
diseffect++;
{
min=32767;
for（j=0;
j<
total_vp;
j++）/*找出位于内存且time值最小的页面作为置换页面*/{
if（min>
pl[j].time&
&
pl[j].pfn!
=INVALID）
{
min=pl[j].time;
minj=j;
}
}
freepf_head=&
pfc[pl[minj].pfn];
//腾出一个单元
pl[minj].pfn=INVALID;
pl[minj].time=-1;
pl[page[i]].pfn=freepf_head->
//有空闲页面,改为有效
pl[page[i]].time=present_time;
//修改页面的访问时间
freepf_head=freepf_head->
//减少一个free页面
}
else
pl[page[i]].time=present_time;
//命中则修改该单元的访问时间
present_time++;
LRU:
voidNUR（inttotal_pf）/*最近未使用页面置换算法*/
inti,j,dp,cont_flag,old_dp;
dp=0;
cont_flag=TRUE;
old_dp=dp;
while（cont_flag）
{
if（pl[dp].counter==0&
pl[dp].pfn!
cont_flag=FALSE;
//找到位于内存且未被访问的页面
else
dp++;
if（dp==total_vp）dp=0;
//将替换指针重新指向第一个页面
if（dp==old_dp）
{/*若内存中所有页面扫描完毕未找到访问位为0的页面，将内存中所有页面的访问位置0*/
for（j=0;
j++）
pl[j].counter=0;
}
freepf_head=&
pfc[pl[dp].pfn];
pl[dp].pfn=INVALID;
freepf_head=freepf_head->
else
pl[page[i]].counter=1;
//命中则将访问位置1
if（i%clear_period==0）//清零周期到，将所有访问位清零
{
pl[j].counter=0;
NUR:
voidOPT（inttotal_pf）/*最佳页面置换算法*/
inti,j,max,maxpage,d,dist[total_vp];
for（i=0;
if（freepf_head==NULL）/*无空闲页面*/
for（j=0;
if（pl[j].pfn!
=INVALID）//所有位于内存页面的距离变量赋一足够大的数
dist[j]=32767;
else//不在内存的页面该变量则置为0
dist[j]=0;
d=1;
/*对于位于内存且在当前访问页面之后将再次被访问的页面，dist重置为当前页面与之后首次出现该页面时两者之间的距离*/
for（j=i+1;
{
if（pl[page[j]].pfn!
=INVALID&
dist[page[j]]==32767）
dist[page[j]]=d;
d++;
max=-1;
//查找dist变量值最大的页面作为换出页面
if（max<
dist[j]）{
max=dist[j];
maxpage=j;
pfc[pl[maxpage].pfn];
pl[maxpage].pfn=INVALID;
//减少一个free页面
printf（"
OPT:
voidLFU（inttotal_pf）/*最少使用页面置换算法*/
inti,j,min,minpage;
if（pl[page[i]].pfn==INVALID）//页面失效
if（freepf_head==NULL）//无空闲页帧
{//查找位于内存且访问次数最少的页面作为换出页面
if（min>
pl[j].counter&
pl[j].pfn!
min=pl[j].counter;
minpage=j;
pl[j].counter=0;
pfc[pl[minpage].pfn];
pl[minpage].pfn=INVALID;
pl[page[i]].counter++;
//增加页面访问次数
pl[page[i]].counter++;
//命中增加页面访问次数
LFU:
六、源程序
见电子稿（文件名ymzh.c）;
七、运行结果
本实验的运行结果如下图所示（以OPT、FIFO、LRU为例）：
从上述结果可知，随着内存页面数的增加，三种算法的访问命中率逐渐增大。
在内存页面数为4~25个页面之间时，三种算法的命中率大致在56%至88%之间变化，但是，OPT算法和其他两种算法之间的差别一般在6~12个百分点左右。
在内存页面为25~32个页面时，由于用户进程的所有指令基本上都已装入内存，从而命中率增加较大，各种算法之间的差别不大。
比较上述三种算法，OPT算法的命中率最高，LRU算法和FIFO算法的命中率则较为接近。
八、自我评析与总结
（可参考以下内容：
）
1．总的自我打分。
2．你认为你完成的作业哪些地方做得比较好或比较出色。
3．差距与局限，什么地方做得不太好，或什么地方可以做得更好，进一步的工作。
4．从本作业得到的收获。
对编写与调试过程中经验教训的总结。
5．完成本题的其他方法。
6．对实验题的评价和改进意见。
九、参考文献
1．《计算机操作系统教程系统解答与实验指导》第2版，张尧学编著，清华大学出版社，2000年出版
2．《计算机操作系统》修订版，汤子瀛等编著，西安电子科技大学出版社，2003年6月出版
十、教师评语：
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