东华大学操作系统存储管理实验报告

东华大学计算机学院

操作系统实验报告

实验名称：存储管理问题

姓名：姜元杰

学号：111310228

班级：计算机1102

指导老师：李继云

报告日期：2013/11/2

一、实验概述

1.实验目标

存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。本实验的目的是通过请求页式存储管理中页

面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式管理的

页面置换算法。

2.实验要求

1)通过随机数产生一个指令序列，共320条指令，指令的地址按下述

原则生成：

●50%的指令是顺序执行的；

●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。

2)将指令序列变换成页地址流

●页面大小= 10条指令

●4页<=用户内存容量<=32页；

●用户虚存容量= 32页；

●在用户虚存中，按每K存放10条指令排列虚存地址

3)计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。

●先进先出的算法（FIFO）；

●最近最少使用算法（LRU）；

●最佳淘汰算法（OPT）；

●命中率=1-页面失效次数/页地址流长度；

输出以表结构输出，行头是页码，列头是对应替换算法。在本实验

中，页地址流长度为320，页面失效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。

二、实验内容

1.设计思路

总体思路：

设计存储管理类（class StorageManagemen），封装FIFO，LRU,OPT算法实现函

数与各自所需公共或个体数据机构和公共代码部分，实现“TOP-DOWN”的程序设

计思想，增强代码结构性和可读性。

1)先进先出的算法（FIFO）：FIFO是最简单的页置换算法，FIFO的页置

换的算法为每个页记录着该页调入内存的时间。当必须置换一页时，将

选择最旧的页。注意并不需要记录调入一页的确切时间，可以创建一个

FIFO队列来管理内存中的所有页。队列中的首页将被置换。当需要调入

页时，将它加入到队列的尾部。FIFO的页置换算法很好理解和实现，但

是，其性能并不是很好。所替代的页可能是很久以前使用的、现已不再

使用的初始化模块，另一方面，所替代的页可能包含一个以前初始化的

并且不断使用的常用变量。

2)最近最少使用算法（LRU）：选择最近最长时间未访问过的页面予以淘

汰，默认过去一段时间内未访问过的页面，在最近的将来可能也不会被

访问。本实验实现算法通过为每个页面设置一个访问字段，用来记录页

面自上次被访问以来所经历的时间，淘汰页面时选择现有页面中值最大

的予以淘汰。尽管各类参考书声明LRU算法为堆栈类算法，但本实验通

过优先队列完全可以实现。

3)最佳淘汰算法（OPT）：最佳置换算法所选择的被淘汰页面将是以后永不

使用，或者是在最长时间内不再被访问的页面，这样可以保证获得最低

的缺页率。本实验实现算法通过为每个页面设置一个CPU使用“间隔”

——即表示CPU将在未处理的页面序列中第几步处理到该页面，如果页

面不再被CPU处理，赋值为极大值（INT_MAX），淘汰页面时选择现有

页面中值最大的予以淘汰。本实验同LRU一样，通过优先队列实现。2.主要数据结构

1)公共部分：

class StorageManagement：存储管理类，封装所有算法。

◆const int MAX_OP_NUM：操作页面最大数，默认320

◆const int MAX_MEMORY_PAGE：用户内存存储物理块数最大值，默认32

◆int Page_OP[MAX_OP_NUM]：访问页面序列，随机生成

◆double Miss：每次访问相应指令时，该指令所对应的页不在内存的次数

◆double Total：页面置换次数

◆int TMAX_MEMEORY_PAGE：用户内存存储物理块数

◆bool isEmpty：内存是否占满

2)先进先出的算法（FIFO）：

◆queue q：内存存储队列，先进先出

3)最近最少使用算法（LRU）：

◆struct Lpage：

◆Lpage lPage[MAX_MEMORY_PAGE]：FIFO LRU进程页面

◆priority_queue q：内存存储优先队列，最近使用次数大者优先级高

◆queue qq：LRU中用于修改最近使用时间函数的临时队列

4)最佳淘汰算法（OPT）：

◆struct Opage：

◆Opage oPage[MAX_MEMORY_PAGE]：OPT进程页面

◆priority_queue q：内存存储优先队列，CPU使用间隔大者优先级高

◆queue qq：OPT中用于修改使用间隔的临时队列

3.主要代码结构

1)公共部分：

◆int main()：Main函数菜单界面

◆void Initial(int n)：用于初始化各算法参数的函数

◆void Output(int n)：控制输出函数

2)最近最少使用算法（LRU）：

◆void alterLateUse(priority_queue&q, int Pos)：

LRU中用于修改内存中页面最近使用时间

3)最佳淘汰算法（OPT）：

◆alterDist(priority_queue&q, int n, int *Page_OP)：

OPT中用于修改内存中页面使用间隔

4.主要代码段分析(加粗下划线部分为核心)

1)公共部分：

按照实验要求，随机生成320条随机数指令流，同时转换为页地址流

（分析部分见注释）