西北工业大学操作系统实验_OS3(18)

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：2010302544 姓名：金国超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 <stdio.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>void * func(void *params){while(1){printf("i am the thread 2\n");sleep(1);}return NULL;}int main(){pthread_t tid;int res=pthread_create(&tid, NULL,func,NULL);while(1){printf("i am main thread\n");sleep(1);}return 0;}2）全局变量共享#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>int shared=0;void * func(void *params){while(1){shared--;printf("i am thread2 shared=%d\n",shared);sleep(1);}return NULL;}int main(){pthread_t tid;int res=pthread_create(&tid, NULL,func,NULL);while(1){shared++;printf("i am main thread shared=%d\n",shared);sleep(1);}return 0;}3）局部变量，指针传参#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>void * func(void *params){while(1){printf("i am thread2 shared=%d\n",*(int *)params);(*(int *)params)--;sleep(1);}return NULL;}int main(){pthread_t tid;int shared=0;int res=pthread_create(&tid, NULL,func,(void *)(&shared));while(1){shared++;printf("i am main thread shared=%d\n",shared);sleep(1);}return 0;}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<stdio.h>#include<time.h>#include<stdlib.h>#define HARD_NUM 4#define INSTRUCT 320#define VIRTUAL_NUM 32int instruct[INSTRUCT]={0}; typedef struct{int id;//虚存idbool flag;//是否装入int count;//最近使用次数}HM;typedef struct{HM hm[HARD_NUM+1];int head;int tail;}FIFO;typedef struct{HM hm[HARD_NUM];}LRU;FIFO fifo;LRU lru;void init();void fifoTest();bool isInFifo(int page);void lruTest();int main(){init();printf("先进先出fifo...\n");fifoTest();printf("\n\n");printf("最近最少使用fifo...\n");lruTest();system("pause");return 0;}void init(){int i,j;srand(time(0));for(i=0; i<INSTRUCT; i+=5){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];}}void fifoTest(){int i,j;int lack=0;//缺页次数//内存初始化for(i=0; i<HARD_NUM; 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<INSTRUCT; i++){//计算该指令在那一页,判断是否在FIFO中int page = instruct[i] % VIRTUAL_NUM;bool isIn =isInFifo(page);if(isIn)//在实存中{printf("%d alread in fifo\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 %d in,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 %d in\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);}bool isInFifo(int page){int cur=fifo.head;if( cur ==fifo.tail)//队列为空return false;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) return true;cur++;}return false;}void lruTest(){int i,j;int lack=0;//缺页次数//内存初始化for(i=0; i<HARD_NUM; 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<INSTRUCT; i++){//计算该指令在那一页,判断是否在实存中int page = instruct[i] % VIRTUAL_NUM;bool isIn=false;for(j=0; j < HARD_NUM; j++)if(lru.hm[j].id==page && lru.hm[j].flag ==true){isIn=true;lru.hm[j].count ++;}if(isIn)printf("%d alread in...\n",page);else{lack++;//查找最近最少使用的项int cur=0,count=INT_MAX;for(j=0; j < HARD_NUM; j++){if(lru.hm[j].count < count){cur = j;count = lru.hm[j].count;}}if(lru.hm[cur].flag ==false){printf("page %d in\n",page);lru.hm[cur].flag =true;}elseprintf("page %d in,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。