页面置换算法实验报告

页面置换算法实验报告
一、实验目的：
设计和实现最佳置换算法、随机置换算法、先进先出置换算法、最近最久未使用置换算法、简单Clock置换算法及改进型Clock置换算法；通过支持页面访问序列随机发生实现有关算法的测试及性能比较。

二、实验内容：
●虚拟内存页面总数为N，页号从0到N-1
●物理内存由M个物理块组成
●页面访问序列串是一个整数序列，整数的取值范围为0到N - 1。

页面访问序
列串中的每个元素p表示对页面p的一次访问
●页表用整数数组或结构数组来表示
❑符合局部访问特性的随机生成算法
1.确定虚拟内存的尺寸N，工作集的起始位置p，工作集中包含的页
数e，工作集移动率m（每处理m个页面访问则将起始位置p +1），
以及一个范围在0和1之间的值t；
2.生成m个取值范围在p和p + e间的随机数，并记录到页面访问序
列串中；
3.生成一个随机数r，0 ≤r ≤1；
4.如果r < t，则为p生成一个新值，否则p = (p + 1) mod N；
5.如果想继续加大页面访问序列串的长度，请返回第2步，否则结束。

三、实验环境：
操作系统：Windows 7
软件：VC++6.0
四、实验设计：
本实验包含六种算法，基本内容相差不太，在实现方面并没有用统一的数据结构实现，而是根据不同算法的特点用不同的数据结构来实现：
1、最佳置换和随机置换所需操作不多，用整数数组模拟内存实现；
2、先进先出置换和最近最久未使用置换具有队列的特性，故用队列模拟内
存来实现；
3、CLOCK置换和改进的CLOCK置换具有循环队列的特性，故用循环队
列模拟内存实现；
4、所有算法都是采用整数数组来模拟页面访问序列。

五、数据结构设计：
//页面访问序列数组：
int ref[ref_size];
//内存数组：
int phy[phy_size];
//队列数据结构定义：
typedef struct QNode //定义队列数据结构
{
int data;
struct QNode *next;
}QNode,*QueuePtr;
typedef struct
{
QueuePtr front; //头指针
QueuePtr rear; //尾指针}LinkQueue;
//定义链表数据结构
typedef struct LNode //定义循环链表数据结构{
int data;
int flag; //访问位
int modify; //修改位
struct LNode *next;
}LNode,*LinkList;
六、主要函数说明：
1、void set_rand_num() //产生具有局部特性的随机数列；
2、int Exchange_LNode(LinkList &L,int e,int i)//将链表L中序号为i的结点替换为内容
为e的结点；
3、bool Search_LinkList(LinkList &L,int e,int &i)//找到链表L中内容为e的结点，并用
i返回其位置，i=1表示第一个非头结点，依次类推；
4、void Search_LL_Flag(LinkList &L,int &i)//用i返回第一个flag为0的结点的位置,i=1
表示第一个非头结点，以此类推；
5、void Set_LL_Flag(LinkList &L,int i) //设置链表L中的序号为i的结点的flag标志
为1；
6、int Search_LL_ModifyClock(LinkList &L,int &modify_num)//找到改进的CLOCK算
法所需要淘汰的页，用modify_num返回其位置；
此函数根据书上给的思路，第一遍扫描A=0且M=0的页面予以淘汰，若失败，则
进行第二轮扫描A=0且M=1的页面，第二轮扫描时将所有访问过的页面的访问位
A置0；若失败则重复上述两部；
7、void Set_LL_modify(LinkList &L,int i) //设置链表L中的序号为i的结点的modify标
志为1；
8、bool SearchQueue(LinkQueue &Q,int e,int &i) //寻找队列Q中结点data域等于e的
结点，并用i返回其在Q中的位置；
9、int getnum(int a,int b) //用b返回元素a在被引用数列中的下一个位置
10、void ORA() //实现最佳置换算法，包括判断页面是否在内存中、页面进内存、输
出内存状态等内容；
11、void RAND() //随机置换算法
12、void FIFO() //先进先出算法
13、void LRU() //最近最久未使用算法
实现最近最久未使用算法的思想是：判断待进入内存的页面，如果与内存中的第一
个页面相同，则将它移到最后一个，即标志为最近使用的页；如果与内存中的第二
个页面相同，则将它删除，并在队列尾部添加相同元素，即标志为最近使用的页；
14、void CLOCK() //实现CLOCK算法
15、void Modified_Clock() //实现改进的CLOCK算法
16、int main() //主函数，调用实现各算法的6个主要函数，并输出各算法的缺页率。

七、实验问题回答：
1、FIFO算法是否比随机置换算法优越？
答：FIFO算法比随机置换算法优越，但优势并不明显。

2、LRU算法比FIFO 算法优越多少？
答：LRU算法FIFO算法的效率要高5%-10%，有理论知识可知，页面访问序列具有局部性，而FIFO 算法并不符合实际情况。

3、LRU算法和Optimal算法有何差距？
答：LRU算法是所有算法中效率最接近Optimal算法的算法，由理论知识可知，Optimal算法是理想的算法，现实中几乎不可能实现，只能作为一种测评标准，LRU算法是效率较高的可实现置换算法，但其硬件要求较高，如果规模较小，则略显麻烦。

4、Clock算法和LRU算法有何差距？
答：Clock算法和LRU算法从结果看来差距不大，Clock算法是使用软件的方式实现LRU算法中硬件的功能，从而在执行效率上会稍逊色些。

八、实验过程结果截图：
实验结果截图
测评一：
测评二：
测评三：
实验过程截图
（注：只截取第三次测评，蓝色字体表示产生缺页中断）。