请求分页管理说明

请求分页存储管理模拟实验

1.实验目的

请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。本设计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.实验内容：

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：

① 50% 的指令是顺序执行的；

② 25% 的指令是均匀分布在前地址部分；

③ 25% 的指令是均匀分布在后地址部分。

具体的实施方法是：

①在 [0,319] 的指令地址之间随机选取一起点 m；

②顺序执行一条指令；

③在前地址[0,m+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为 m′；

④顺序执行一条指令，其地址为 m′+1；

⑤在后地址 [m′+2,319] 中随机选取一条指令并执行；

⑥重复上述步骤② ~ ⑤，直到执行 320 次指令。

将指令序列变换成为页地址流

设：①页面大小为 1K；

②用户内存容量为 4 页到 32 页；

③用户虚存容量为 32K 。

在用户虚存中，按每 K 存放 10 条指令排列虚存地址，即 320 条指令在虚存中的存放方式为：

第 0 条 ~ 第 9 条指令为第 0 页 ( 对应虚存地址为 [0,9])；

第 10 条 ~ 第 19 条指令为第 1 页 ( 对应虚存地址为 [10,19] ) ；

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第 310 条 ~ 第 319 条指令为第 31 页 ( 对应虚存地址为 [310,319]) 。

按以上方式，用户指令可组成 32 页。

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 (LRR)；

最少访问页面算法 (LFR)；最近最不经常使用算法 (NUR)。

3．实验环境

每个学生一台微机，需要安装windows98或windows2000操作系统，配备VC、VB、java或C编程语言，每个学生上机时间不少于24个小时。

（1）、分页请求系统

为了能实现请求调页和置换功能，系统必须提供必要的硬件支持，其中，最重要的是：

（1）请求分页的页表机制。它是在分页的页表机制上增加若干个项而形成的，作为请求分页的数据结构；

（2）缺页中断机构。每当用户程序要访问的页面尚未调入内存时，便产生一缺页中断，以请求OS将所缺的页面调入内存；

（3）地址变换机构。它同样是在分页的地址变换机构的基础上发展形成的。

为了实现请求调页还须得到OS的支持，在实现请求调页功能时，石油OS将所需的页从外存调入内存；在实现置换功能时，也是由OS将内存的某些页调至外存。

4．实验提示

提示：A.命中率=1-页面失效次数/页地址流长度

B.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。

C.关于随机数产生方法，采用TC系统提供函数RAND()和RANDOMIZE()来产生。

5.算法的理解

㈠FIFO页面置换算法

⑴原理简述

①在分配内存页面数(AP)小于进程页面数(PP)时，当然是最先运行的AP个页面放入内存。

②这时有需要处理新的页面，则将原来内存中的AP个页面最先进入的调出(是以称为FIFO)，然后将新页面放入。

③以后如果再有新页面需要调入，则都按⑵的规则进行。

算法特点：所使用的内存页面构成一个队列。

㈡LRU页面置换算法

⑴原理算述

①当分配内存页面数(AP)小于进程页面数(PP)时，当然是把最先执行的AP个页面放入内存。

②当需要调页面进入内存，而当前分配的内存页面全部不空闲时，选择将其中最长时间没有用到的那个页面调出，以空出内存来放置新调入的页面(称为LRU)。算法特点：每个页面都有属性来表示有多长时间未被CPU使用的信息。

㈢LFU即最不经常使用页置换算法

⑴原理简述

要求在页置换时置换引用计数最小的页，因为经常使用的页应该有一个较大的引用次数。但是有些页在开始时使用次数很多，但以后就不再使用，这类页将会长时间留在内存中，因此可以将引用计数寄存器定时右移一位，形成指数衰减的平均使用次数。

LRU算法的硬件支持

把LRU算法作为页面置换算法是比较好的，它对于各种类型的程序都能适用，但实现起来有相当大的难度，因为它要求系统具有较多的支持硬件。所要解决的问题有：

1.一个进程在内存中的各个页面各有多久时间未被进程访问；

2.如何快速地知道哪一页最近最久未使用的页面。为此，须利用以下两类支持硬件：

（1）寄存器

（2）栈

可利用一个特殊的栈来保存当前使用的各个页面的页面号。每当进程访问某页面

时，便将该页面的页面号从栈中移出，将它压入栈顶。

算法特点:LFU算法并不能真正反映出页面的使用情况，因为在每一时间间隔内，只是用寄存器的一位来记录页的使用情况，因此，访问一次和访问10000次是等效的。

㈣NUR页面置换算法

⑴原理简述

所谓“最近未使用”，首先是要对“近”作一个界定，比如CLEAR_PERIOD=50，便是指在CPU最近的50次进程页面处理工作中，都没有处理到的页面。那么可能会有以下几种情况：

①如果这样的页面只有一个，就将其换出，放入需要处理的新页面。

②如果有这样的页面不止一个，就在这些页面中任取一个换出(可以是下标最小的，或者是下标最大的)，放入需要处理的页面。

③如果没有一个这样的页面，就随意换出一个页面(可以是下标最小的，或者是下标最大的)。

算法特点：有一个循环周期，每到达这个周期，所有页面存放是否被CPU处理的信息的属性均被置于初始态(没有被访问)。

6．实验流程图