页面置换-操作系统实验报告

实验二页面置换算法实现一、实验目的（1）了解内存分页管理策略（2）掌握调页策略（3）掌握一般常用的调度算法（4）学会各种存储分配算法的实现方法。

（5）了解页面大小和内存实际容量对命中率的影响。

二、实验内容采用页式分配存储方案，通过分别计算不同算法的命中率来比较算法的优劣，同时也考虑页面大小及内存实际容量对命中率的影响，设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用下述算法来模拟实现页面的置换：1. 先进先出的算法（FIFO）2. 最近最久未使用算法（LRU）3. 最佳置换算法（OPT）实验分析在进程运行过程中，若其所访问的页面不存在内存而需要把它们调入内存，但内存已无空闲时，为了保证该进程能够正常运行，系统必须从内存中调出一页程序或数据送磁盘的对换区中。

但应调出哪个页面，需根据一定的算法来确定，算法的好坏，直接影响到系统的性能。

一个好的页面置换算法，应该有较低的页面更换频率。

2.1 先进先出（FIFO ）页面置换算法当需要访问一个新的页面时，首先查看物理块中是否就有这个页面，若要查看的页面物理块中就有，则直接显示，不需要替换页面；如果要查看的页面物理块中没有，就需要寻找空闲物理块放入，若存在有空闲物理块，则将页面放入；若没有空闲物理块，则替换页面。

并将物理块中所有页面timer++ 。

2.2 最近久未使用（LRU）置换算法的思路最近久未使用置换算法的替换规则，是根据页面调入内存后的使用情况来进行决策的。

该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间，当需淘汰一个页面的时候选择现有页面中其时间值最大的进行淘汰。

2.3最佳（OPT置换算法的思路其所选择的被淘汰的页面，是以后不使用的，或者是在未来时间内不再被访问的页面，采用最佳算法，通常可保证获得最低的缺页率。

三、实验流程3.1系统功能图图3-1系统功能图3.2算法流程图1）先进先出（FIFO ）页面置换算法流程图图3-2先进先出页面置换算法流程图(LRU)置换算法2)最近久未使用图3-3最近久未使用置换算法流程图3）最佳（OPT ）置换算法图3-4最佳置换算法流程图四、源程序#i nclude<iostream.h>#i nclude <stdlib.h>#in elude <time.h>#i nclude <stdio.h>#define L 20 〃页面长度最大为20int M; //内存块struct Pro//定义一个结构体int num,time;};Input(int m,Pro p[L])// 打印页面走向状态{coutvv"请输入页面长度(10〜20):";do{ cin>>m;if(m>20||m<10){ cout<<endl;coutvv"页面长度必须在10〜20之间"<<e ndl<<e ndl;cout«"请重新输入L :";}else break;}while(1);int i,j;j=time(NULL);// 取时钟时间srand(j);//以时钟时间j为种子，初始化随机数发生器coutvvendl;coutvv"输出随机数:"<<endl;coutvvendl;for(i=0;ivm;i++){p[i].num=rand( )%10;//产生0 到9 之间的随机数放到数组p 中p[i].time=0;coutvvp[i].numvv" ";}cout<<endl<<endl;return m;}void print(Pro *page1)// 打印当前的页面{Pro *page=new Pro[M]; page=page1;for(int i=0;i<M;i++)cout<<page[i].num<<" "; cout<<endl;}int Search(int e,Pro *page1 )//寻找内存块中与e 相同的块号{ Pro *page=new Pro[M]; page=page1;for(int i=0;i<M;i++)if(e==page[i].num)return i;// 返回i 值return -1; }int Max(Pro *page1)〃寻找最近最长未使用的页面{Pro *page=new Pro[M]; page=page1;int e=page[0].time,i=0;while(i<M) // 找出离现在时间最长的页面{if(e<page[i].time) e=page[i].time;i++;}for( i=0;i<M;i++)if(e==page[i].time)return i;// 找到离现在时间最长的页面返回其块号return -1;}int Count(Pro *page1,int i,int t,Pro p[L])// 记录当前内存块中页面离下次使用间隔长度{Pro *page=new Pro[M];page=page1;int count=0;for(int j=i;j<L;j++){if(page[t].num==p[j].num )break;// 当前页面再次被访问时循环结束else count++;//否贝U count+1}return count;//返回count 的值}int main(){int c;int m=0,t=0;float n=0;Pro p[L];m=I nput(m,p);〃调用in put函数，返回m值coutvv"请输入分配的物理块m(2〜6):";cout<<endl<<endl;do{cin>>M;if(M>6||M<2){ cout<<endl;cout«"物理块m必须在2〜6之间"<<endl«endl;cout«"请重新输入m：";}else break;}while(1);Pro *page=new Pro[M];do{for(int i=0;i<M;i++)// 初始化页面基本情况{ page[i].num=0;page[i].time=m-1-i;}i=0;cout<<endl;cout<<"1:FIFO 页面置换2:LRU 页面置换"<<endl;cout«"3:OPT 页面置换4:退出"<<endl;coutvv"请选择页面置换算法："<<e ndl;cin>>c;if(c==1)//FIFO 页面置换{n=0;cout<<" FIFO 算法页面置换情况如下: "<<endl;cout<<endl;while(i<m){if(Search(p[i].num,page)>=0) //当前页面在内存中{cout<<p[i].num<<" "; // 输出当前页p[i].numcout«"不缺页"<<e ndl;i++; //i 加1}else //当前页不在内存中{if(t==M)t=0;else{n++; //缺页次数加1page[t].num=p[i].num; // 把当前页面放入内存中cout<<p[i].num<<" ";print(page); //打印当前页面t++; //下一个内存块i++; // 指向下一个页面}}}cout<<endl;cout«"缺页次数："<<*<"缺页率："<<n/m«endl«endl;}if(c==2)//LRU 页面置换{n=0;cout<<" LRU 算法页面置换情况如下: "<<endl; cout<<endl;while(i<m){int a;t=Search(p[i].num,page);if(t>=0)// 如果已在内存块中{ page[t].time=0;// 把与它相同的内存块的时间置0for(a=0;a<M;a++)if(a!=t)page[a].time++;// 其它的时间加1cout<<p[i].num<<" ";cout«"不缺页"<<e ndl;}else //如果不在内存块中{n++; //缺页次数加1t=Max(page); //返回最近最久未使用的块号赋值给tpage[t].num=p[i].num; // 进行替换page[t].time=0; //替换后时间置为0cout<<p[i].num<<" ";print(page);for(a=0;a<M;a++)if(a!=t) page[a].time++; //其它的时间加1 }i++;}cout<<endl;cout<<" 缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n/m<<endl<<endl; }if(c==3)//OPT 页面置换n=0;cout<<" OPT 算法置换情况如下:"<<endl; cout<<endl;while(i<m){if(Search(p[i]. nu m,page)>=0)〃如果已在内存块中{cout<<p[i].num<<" ";cout«"不缺页"<<e ndl;i++;}else//如果不在内存块中{int a=0;for(t=0;t<M;t++)if(page[t]. nu m==0)a++;〃记录空的内存块数if(a!=0) //有空内存{int q=M;for(t=0;t<M;t++)if(page[t].num==0&&q>t)q=t;// 把空内存块中块号最小的找出来page[q].num=p[i].num;n++;cout<<p[i].num<<" ";print(page);i++;}else{int temp=0,s;for(t=0;t<M;t++)// 寻找内存块中下次使用离现在最久的页面if(temp<Count(page,i,t,p)){temp=Count(page,i,t,p);s=t; }// 把找到的块号赋给spage[s].num=p[i].num;n++;cout<<p[i].num<<" ";print(page);i++;}}}cout<<endl;cout<<" 缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n/m<<endl<<endl;}if(c == 4) break;}while(c==1||c==2||c==3);return 0;五、实验结果5.1 程序主界面运行程序后，将会提示用户输入页面长度，长度在10到20之间。