操作系统课程设计报告

上海电力学院计算机操作系统原理课程设计报告题目名称：编写程序模拟虚拟存储器管理姓名：杜志豪.学号：20121798班级：2012053班.同组姓名：孙嘉轶课程设计时间：2014.6.30——2014.7.4评语：成绩：目录一、设计内容及要求 (4)1. 1 设计题目 (4)1．2 使用算法分析： (4)1．2.1 FIFO算法（先进先出淘汰算法） (4)1．2.2 LRU算法（最久未使用淘汰算法） (5)1. 2.3 OPT算法（最佳淘汰算法） (5)1.3 分工情况 (5)二、详细设计 (6)2.1 原理概述 (6)2.2主要数据结构(主要代码) (6)2.3算法流程图 (9)2.3.1 主流程图 (9)2.3.2 Optimal算法流程图 (10)2.3.3 FIFO算法流程图 (10)2.3.4 LRU算法流程图 (11)2.4．1源程序文件名 (11)2.4. 2执行文件名 (11)三、实验结果与分析 (11)3.1 Optimal页面置换算法结果与分析 (11)3.2 FIFO页面置换算法结果与分析 (16)3.3 LRU页面置换算法结果与分析 (20)四、设计创新点 (24)五、设计与总结 (27)六、代码附录 (27)课程设计题目一、设计内容及要求1.1 编写程序模拟虚拟存储器管理。

假设以M页的进程分配了N块内存（N<M）。

输入：设定系统分配的块数，以及进程页面引用序列（也可随即产生）。

输出：显示每一次页面引用内存状态，最终显示产生缺页中断的次数及页面置换的次数（假设初始状态内存没有装入任何页面）。

必须分别使用以下置换算法完成模拟：(1)FIFO页面置换算法;(2)LRU页面置换算法;(3)最佳（Optimal）页面置换算法。

1.2 使用算法分析：1.2.1 FIFO页面置换算法：该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面以淘汰。

该算法实现简单，只需把一个进程已调入内存的页面，按照先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，称为替换指针，使它总是指向最老的页面。

但该算法并不是都适合实际情况，因为在进程中，有些页面经常被访问，比如，含有全局变量、常用函数，例程等得页面，FIFO算法并不能保证这些页面不被淘汰。

1.2.2LRU页面置换算法：最近最久未使用（LRU）的页面置换算法是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的。

由于无法预测各页面将来的使用情况，只能利用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似，因此，LRU置换算法是选择最近最久未使用的页面予以淘汰。

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t，当须淘汰一个页面时，选择有页面中t值最大的，即最近最久为使用的页面以淘汰。

1.2.3最佳（Optimal）页面置换算法：Optimal算法是一种理论的算法，其所选择的被淘汰页面将是以后永久不使用的，或许是在最长（未来）时间内不再被访问的页面。

采用最佳置换算法，通常可保证获得最低的缺页率。

但由于人目前还无法预知一个进程在内存的若干个页面中，哪一个页面是未来最长时间内不再被访问的，因而该算法是无法实现的，便可以利用此算法来评价其他算法。

1.3 分工情况：共同讨论并构思，杜志豪负责FIFO和LRU 算法的编程，孙嘉轶负责窗体界面和OPT算法的编写。

编程中遇到困难共同讨论并解决。

二、详细设计2.1原理概述定义一个整型变量int buffer=0来记录内存分块数，定义一个string 类型的算法string suanfa来选择具体的算法；用一个数组int[]xulie来存储页面序列，长度为20；用一个数组int[]kuai来存储内存分配的物理块个数，长度为5；用int s来记录具体的步骤数，用int num来记录页面中断次数。

空白表示物理块没有被使用。

2.2主要数据结构（代码）结构体：输入的页面序列号：public Form1() //输入页面序列号{InitializeComponent();for (int i = 0; i < xulie.Length; i++){xulie[i] = -1;}for (int i = 0; i < kuai.Length; i++){kuai[i] = -1;}}选择内存分块数目private void fenkuai3_CheckedChanged(object sender, EventArgs e) //分块3按钮{buffer = 3;}private void fenkuai4_CheckedChanged(object sender, EventArgs e){buffer = 4;}private void fenkuai5_CheckedChanged(object sender, EventArgs e){buffer = 5;}private void fifon_CheckedChanged(object sender, EventArgs e) //算法按钮{suanfa = "fifo";}private void lrun_CheckedChanged(object sender, EventArgs e){suanfa = "lru";}private void optn_CheckedChanged(object sender, EventArgs e){suanfa = "opt";}：输入页面顺序数：private void input_TextChanged(object sender, EventArgs e) //输入页面顺序数 {zhuangtai.Visible = true;zhuangtai.Text = "输入页面顺序数：" + input.Text.Length;}返回中断次数：public RichTextBox text() //返回中端次数{return x;}public int num1(){return num;}public void clean() //清零函数{z = 4;z1 = 5;z2 = 6;w = 0;wu = 0;succeed = false;num = 0;}}public class len //返回入块页面数{public int leng(int[] x){int i = 0;for (i = 0; i < x.Length; i++){if (x[i] == -1)break;}return i;}}结构体存储队列页面相关变量参数： int buffer = 0;//内存分块数string suanfa;//选择算法int[] xulie = new int[20];//页面序列int[] kuai = new int[5];int s = 0;//步骤数int num;//中断次数len leng1 = new len();2.3算法（流程图）：根据模拟虚拟管理器管理界面画的流程图2.4源程序文件名：虚拟存储器管理.cpp执行文件名：虚拟存储器管理.exe三、实验结果与分析（要有结果截图）3.1 Optimal页面置换算法结果与分析最佳页面置换算法是指：其选择的被淘汰的页面将是以后永不使用，或许是在最长时间内不被访问的页面。

3.1.1 假设系统分配了3块物理块，读取一个页面顺序：7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1前面三个直接进入内存即：7 0 1。

由于7是未来最长时间不被使用，因此把7置换成2即为：2 0 1。

由于0已经在内存里面，不需置换。

1是未来最长时间不被使用的，所以把1置换成3得到：2 0 3。

由于0在已经在内存里面，不需置换。

0是未来最长时间不被使用的，所以把0换成4得到：2 4 3。

由于2、3已经在内存里面，所以不用置换。

由于4以后不被使用，所以把4置换成0得到：2 0 3。

又由于3、2已在里面无需置换。

由于3以后不被使用，把3置换成1得到：2 0 1。

又因为2、0、1已在内存里面，所以无需置换。

又由于2以后不被使用，所以把2置换成7得到：7 0 1。

又因为0、1已经在内存里面，所以不用置换。

分配完成。

页面中断次数为6。

实验结果与猜想一致，成功。

3.1.2 假设系统分配了4块物理块，读取一个页面顺序：7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1前4个直接进入内存即为：7 0 1 2。

由于2已经在内存中，所以不需置换。

由于7是未来最长时间不被使用的，所以把7置换成3得到：3 0 1 2。

由于0已在内存里面，无需置换。

由于1是未来最长时间不被使用，所以把1置换成4得到：3 04 2。

由于2、3、0、3、2已经在内存里面，所以无需置换。

由于3是未来不被使用，所以把3置换成1得到：1 0 4 2。

又因为2、0、1已在内存里面，无需置换。

由于4是未来时间不被使用，所以把4置换成7得到：1 0 7 2。

因为0、1已在内存里面，所以无需置换。

分配完成。

页面中断次数为4。

实验结果与猜想一致，成功。

3.1.3 假设系统分配了5块物理块，读取一个页面顺序：7 0 1 2 3 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1前面5个数直接填满即为：7 0 1 2 3。

由于3、0已经在内存里面，所以无需置换。

由于7是在未来最长时间不被使用，所以把7置换成4得到：4 0 1 2 3。

由于2、3、0、3、2、1、2、0、1已经在内存中，无需置换。

由于4是未来不被使用的，所以把4置换成7得到：7 0 1 2 3。

由于0、1已在内存里面，不需置换。

分配完成。

页面中断次数为2。

实验结果与猜想一致，成功。

3.2 FIFO页面置换算法结果与分析:先进先出页面置换算法，就是总淘汰最先进入内存的页面。

3.2.1 假设系统分配了3块物理块，读取一个页面顺序：7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1前三个没有重复的，直接填满即：7 0 1，下一个数为2，不在内存中，则根据FIFO算法原则，将7换成2即：2 0 1。

接下来进来的是一个0，在内存中，则不用置换。

3要进来了，由于0是最先进来的，所以将0替换成3得到：2 3 1。

1变成最先进来的了，则把1换成0，得到：2 3 0。

这时2成了最先进来的，则把2换成4即：4 3 0。

由于3最先进来，则把3换成2变成：4 2 0。

由于0是最先进来的，把0换成3即：4 2 3。

此时4变成最先进来的，把4换成0即：0 2 3。