实验四 模拟一个指令序列,共有320条指令解析

20111060255 曹加站计科
实验四
一、模拟一个指令序列，共有320条指令（模拟320个页号）
50%的指令是顺序执行的
25%的指令存放在当前指令之前的地址
25%的指令存放在当前指令之后的地址
实验结果分析：
此实验模拟一个指令序列，共有320条指令：50%的指令是顺序执的，25%的指令是均匀分布在前地址部分，25%的指令是均匀分布在后地址部分。

二、模拟页面结构
模拟页面
页面大小为1K
物理内存容量为4页~32页
虚拟内存容量为32K
每页内存存放了10条指令
实现几种页面置换算法
输出各页面置换算法在一定的物理内存容量下的命中率
命中率=1-页面失效次数/320
当CPU接收到缺页中断信号，中断处理程序先保存现场，分析中断原因，转入缺页中断处理程序。

该程序通过查找页表，得到该页所在外存的物理块号。

如果此时内存未满，能容纳新页，则启动磁盘I/O将所缺之页调入内存，然后修改页表。

如果内存已满，则须按某种置换算法从内存中选出一页准备换出，是否重新写盘由页表的修改位决定，然后将缺页调入，修改页表。

利用修改后的页表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。

整个页面的调入过程对用户是透明的。

常用的页面置换算法有
1、最佳置换算法（Optimal）
2、先进先出法（Fisrt In First Out）
3、最近最久未使用（Least Recently Used）
4、最不经常使用法（Least Frequently Used）
5、最近未使用法（No Used Recently）
由于OPT算法不能实现，实验中也只能模拟，故在程序中没有展示。

注释3：
for (i=0;i<total_instruction;i++) /*将指令序列变换成页地址流*/
for(i=4;i<=32;i++) /*用户内存工作区从4个页面到32个页面*/
int initialize(total_pf) /*初始化相关数据结构*/
int total_pf; /*用户进程的内存页面数*/
pl[i].pfn=INVALID; /*置页面控制结构中的页号，页面为空*/
pl[i].counter=0;
pl[i].time=-1; /*页面控制结构中的访问次
数为0，时间为-1*/
实验结果：
先进先出的算法（FIFO）：
其总是选择在内存驻留时间最长的一页将其淘汰。

FIFO算法认为先调入内存的页不再被访问的可能性要比其他页的大，因而选择最先调入内存的页换出。

实现FIFO算法需要把各个已分配页面按分配时间顺序链接起来，组成FIFO队列，并设置一置换指针指向FIFO 队列的队首页面。

这样，当要进行置换时，只需把置换指针所指的FIFO队列前头的页顺次换出，而把换入的页链接在FIFO断尾即可。

最近最少使用算法（LRU）
LRU是Least Recently Used 近期最少使用算法。

内存管理的一种页面置换算法，对于在内存中但又不用的数据块（内存块）叫做LRU，Oracle会根据哪些数据属于LRU而将其移出内存而腾出空间来加载另外的数据。

实验分析
从结果看以上几种算法，NUR命中率最高，其次是LFU算法和LRU算法，最后是FIFO 算法。

实际上，从实验数据观测得到，存在这种由高到低的趋势，但是效果不是很明显。

效果不明显的原因：推测与指令流的产生方式有关系。

因为指令流的产生方式要能体现局部性原理，所以该指令流产生设计为：50%的指令是顺序执的，25%的指令是均匀分布在前地址部分，25%的指令是均匀分布在后地址部分。

但是这样的指令流设计方式能否最佳地体现局部性原理，这还有待验证。

同时，估计和指令数量有关系。

因为320条指令太少了，通常一个稍大点的程序都几千行指令了。

而且由于随即数产生具有一定的波动性，该命中率的计算也有一定的波动性。

所以
会有局部的实验数据与理论不符。

改进方法是多次实验取平均值，这样可以减小波动，让实验数据更加平滑。

到后期，由于page越来越大，因此越来越容易命中，因此各替换算法的命中率差距变小了。

这由最后几行命中率相似可以看出。

特别是最后，已经完全相等。