东南大学 操作系统实验3 页替换算法

表
。
Head
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源程序及注释
LRU.h 负责数据结构的存储
#pragma once #include <iostream> using namespace std;
struct LRU_w_counter {
//计数器实现的LRU int counter; int ID;
LRU_w_counter() {
实验内容
操作系统实验报告
09010422 何博伟
2013 年 5 月 22 日
编写程序实现 LRU 算法及其近似算法，并分析各算法的时间复杂度、空间复杂度和实现难 度；通过随机生成页面访问序列，测试所实现算法的的页错误率，并加以比较和分析。
实验目的
通过实验，理解 LRU 页面置换算法的算法思想及其实现方法，比较各种实现算法的复杂度 和实现难度，体会 LRU 算法与各种近似算法间的区别，并进而加深对虚拟内存概念的理解。
Second Chance 算法
根据算法原理，首先设定一个单链表项的结构 LRU_AA_Frame，里面存储 1 位的访问位
(用 bool 类型)，以及后继节点的指针。
第二，构造了一个容器 LRU_AA_Container 以存储这些帧。容器采用循环的单链表结构，
设定一个头指针，一个最近访问项目指针，列表尾部的后继节点指向表头即可实现循环单链
//没有命中，如果能新增，那新增一个 if(size < capacity) {
pItem = Insert(pageID); pItem->ref_bit = true; pLastAccess = pItem; return true; } //无法新增，只能替换... pItem = pLastAccess; while(true) { if(pItem->ref_bit == false) {
LRU_AA_Container(int _capacity) {
capacity = _capacity; size = 0; pHead = NULL; pLastAccess = NULL; }
LRU_AA_Frame* Insert(int pageID) {
if (size >= capacity) {
//victim! Replace(pItem,pageID); pLastAccess = pItem; return true; } else { pItem->ref_bit = false; //ref-
bit置0 个..
} pItem = pItem->pNext;//继续看下一
} } };
Additional-Ref.-Bits 算法
数据结构与 LRU 的计数器实现类似，将 Item 中的计数器值换成 unsigned char 类型即可实现 8 位的 Reference Bits，增加右移(>>=1)、置位(|=0x80)函数。 运行时采用类似计数器实现 LRU 算法的函数结构即可，比较大小的时候 unsigned char 自己 就能比较大小，无需另外写函数。
ID = -1 ; //空槽 counter = 65536; } };
struct LRU_ARB {
//Additional-Ref.-Bits实现的LRU unsigned char refBits; int ID;
LRU_ARB() {
ID = -1 ; //空槽 refBits = 0x0; }
设计思路及流程图
主函数根据实验材料提供的思路，用如下形式运行： while(已测页面数<要求测试页面数) { 1）随机产生新的访问页号 2）调用算法决定是否需要置换页面，如需要，调整内存相关状态，更新页错误数 }
其中随机访问的页号由 srand 函数根据时间等生成随机种子，然后产生伪随机数。
程序流程图如下：
};
struct LRU_s_Container {
//一个容器... LRU_s_Item *pFront;
//栈顶指针
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LRU_s_ItemBaidu Nhomakorabea*pEnd ; int capacity; int size;
//栈底指针 //容量
LRU_s_Container(int _capacity) {
capacity = _capacity; size = 0; pFront = NULL; pEnd = NULL; }
cerr << "ERROR! Container oversize!" << endl;
return NULL; } LRU_AA_Frame *pItem = pHead; LRU_AA_Frame *newFrame = new LRU_AA_Frame;
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newFrame->ID = pageID; if (pItem == NULL) {
if (pFront != NULL) pFront->head = newHeadItem;
if (pEnd == NULL) pEnd = newHeadItem; //End...
pFront = newHeadItem; size ++; return pFront; }
LRU_s_Item* Replace(int pageID) {
pItem->tail;
if(pItem->tail != NULL) //防止 栈底情况
pItem->tail->head = pItem->head;
else {
//改动了栈底，要修改栈底 指针了！
pEnd = pItem->head; } pFront->head = pItem; pItem->head = NULL; pItem->tail = pFront; pFront = pItem; return false; } pItem = pItem->tail; //一路找.. } /////看来是找不到了.. if(size < capacity) { //还没有满，只要push就行 Push(pageID); return true; } Replace(pageID); //还是得替换 return true; } };
//空容器 newFrame->pNext = newFrame; pHead = newFrame; size ++; return newFrame; } while(pItem->pNext != pHead) pItem = pItem->pNext; //找到末尾 newFrame->pNext = pHead; pItem->pNext = newFrame; size ++; return newFrame; }
struct LRU_AA_Frame {
bool ref_bit; int ID; LRU_AA_Frame *pNext; LRU_AA_Frame () {
ref_bit = false; ID = -1; } };
struct LRU_AA_Container {
//Second-chance Page-rep. Algorithm LRU_AA_Frame *pHead; LRU_AA_Frame *pLastAccess; int capacity; int size;
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程序入口
用户输入最大 内存帧数
初始化各变量及容器
N
已测页面数<
要求测试页面数？
Y 随机产生访问页号
调用各算法决定是否 要替换页面
统计替换结果，写入 log
程序结束
主要数据结构及其说明
LRU 的计数器实现
使用自定义结构 LRU_w_counter 实现每一个帧项目的数据结构，里面存储页面 ID 号以及计 数器值。运行时，遍历一个这个结构的数组 lru_w_counter_list 实现替换算法。
源.cpp 主程序
#include "LRU.h" #include <iostream> #include <ctime> //time #include <stdlib.h> //srand,rand #include <fstream> using namespace std;
typedef enum {
LRU_s_Item* Push(int pageID) {
if(size >= capacity) {
//Need replace... return NULL; } LRU_s_Item *newHeadItem = new LRU_s_Item; newHeadItem->ID = pageID; newHeadItem->tail = pFront;
LRU_C, LRU_S, ARB, SC }; int MAX_MEM_FRAME; //最大内存帧数 const int MAX_PAGE_NUM = 10; //最大页数量 const int TEST_PAGE_NUM = 3000; //测试页面数
int page_falut_time[4] = {0}; //页错误数量 LRU_w_counter *lru_w_counter_list; LRU_s_Container *lru_s_container; LRU_ARB *lru_arb_list; LRU_AA_Container *lru_aa_container;
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LRU 的栈实现
栈顶指针 Item
… Item Item
… Item
栈底指针
使用自定义结构 LRU_s_Item 来实现每一个帧项目的数据结构，里面存储页面 ID 号，头 指针、尾指针以实现双向链表的结构。
容器使用自定义结构 LRU_s_Container 来实现一个栈，作为帧的容器。结构中有栈顶、 栈底指针，容量以及实际使用量。使用函数 Push 来向栈顶增加一个元素(如果空间没有填满)， 函数 Replace 来将栈底的元素（最少访问的元素）替换为某个新元素，函数 TryAccess 实现尝 试页面的访问，如果出现页错误那替换或是增加相关的页，当出现页错误时返回 true 用于 统计，没有页错误则返回 false。
//抽出栈底，然后push新的进去..完事儿 LRU_s_Item *oldEnd = pEnd; pEnd = pEnd->head; if (pEnd != NULL)
pEnd->tail = NULL; size --;
return Push(pageID); }
bool TryAccess(int pageID) //返回值 ： 有page-fault 则返回true
void MoveRight() {
refBits >>= 1; }
void Access() {
refBits |= 0x80; } };
struct LRU_s_Item {
int ID; LRU_s_Item *head; LRU_s_Item *tail;
LRU_s_Item() {
ID = -1; head = NULL; tail = NULL; }
void Replace(LRU_AA_Frame *pFrame, int pID) {
pFrame->ID = pID; pFrame->ref_bit = true; }
bool TryAccess(int pageID) //返回值：是否发生页错误，true->有页错误
{ LRU_AA_Frame *pItem = pLastAccess; if(pItem == NULL) { pItem = Insert(pageID); pItem->ref_bit = true; pHead = pItem; pLastAccess = pItem; return true; } do { if(pageID == pItem->ID) { //HIT! pItem->ref_bit = true; pLastAccess = pItem; return false; } pItem = pItem->pNext; }while(pItem != pLastAccess);
{ LRU_s_Item * pItem = pFront; while(pItem != NULL) { if(pageID == pItem->ID) { //HIT! //需要将这个指针上浮到顶上... if(pItem == pFront) return false; //它就在栈
顶，不用移动了... pItem->head->tail =