东华大学操作系统存储管理实验报告

东华大学计算机学院

操作系统实验报告

实验名称：存储管理问题

姓名: 姜元杰

学号：１1131022８

班ﻩﻩ级：计算机1102

指导老师: 李继云

报告日期：2013/11 ﻩ/２

一、实验概述

1.实验目标

存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。本实验的目的是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.实验要求

1)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:

●５0%的指令是顺序执行的；

●25%的指令是均匀分布在前地址部分。

●25％的指令是均匀分布在后地址部分。

2)将指令序列变换成页地址流

●页面大小＝1０条指令

●4页<=用户内存容量＜＝3２页；

●用户虚存容量= 32页；

●在用户虚存中，按每K存放10条指令排列虚存地址

3)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(LＲU）；

●最佳淘汰算法（OPT）；

●命中率＝1-页面失效次数/页地址流长度；

输出以表结构输出,行头是页码，列头是对应替换算法。在本实验中，

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。

二、实验内容

1.设计思路

总体思路:

设计存储管理类（ｃｌass SｔｏrａｇeＭaｎagｅmen),封装FIFO,LRU，ＯPＴ算

法实现函数与各自所需公共或个体数据机构和公共代码部分,实现“ＴOＰ－DOWN”

的程序设计思想,增强代码结构性和可读性。

1)先进先出的算法(FIFO）:ＦIFO是最简单的页置换算法，FＩＦＯ的页置

换的算法为每个页记录着该页调入内存的时间。当必须置换一页时,将选

择最旧的页。注意并不需要记录调入一页的确切时间，可以创建一个Ｆ

IFO队列来管理内存中的所有页。队列中的首页将被置换。当需要调入

页时,将它加入到队列的尾部。FIFＯ的页置换算法很好理解和实现,但是,

其性能并不是很好。所替代的页可能是很久以前使用的、现已不再使用

的初始化模块，另一方面,所替代的页可能包含一个以前初始化的并且不

断使用的常用变量。

2)最近最少使用算法（LRU):选择最近最长时间未访问过的页面予以淘汰,

默认过去一段时间内未访问过的页面，在最近的将来可能也不会被访问。

本实验实现算法通过为每个页面设置一个访问字段,用来记录页面自上

次被访问以来所经历的时间,淘汰页面时选择现有页面中值最大的予以

淘汰。尽管各类参考书声明LRU算法为堆栈类算法，但本实验通过优先

队列完全可以实现。

3)最佳淘汰算法（ＯＰT)：最佳置换算法所选择的被淘汰页面将是以后永

不使用，或者是在最长时间内不再被访问的页面，这样可以保证获得最

低的缺页率。本实验实现算法通过为每个页面设置一个CPU使用“间隔”

——即表示CPU将在未处理的页面序列中第几步处理到该页面,如果页

面不再被CPU处理，赋值为极大值（IＮT_MＡX),淘汰页面时选择现有

页面中值最大的予以淘汰。本实验同LＲU一样,通过优先队列实现。2.主要数据结构

1)公共部分：

class StoraｇｅManaｇemenｔ:存储管理类，封装所有算法。

◆coｎst iｎt MＡX_OＰ＿NUM：操作页面最大数，默认320

◆cｏｎsｔint MAＸ_ＭEＭＯRＹ_ＰAGE：用户内存存储物理块数最大值,默

认32

◆int Page＿OP[MAＸ_OＰ＿NUＭ]：访问页面序列，随机生成ﻩ

◆doublｅＭiss:每次访问相应指令时，该指令所对应的页不在内存的次数

◆double Ｔotal：页面置换次数

◆int TMAX＿MEMＥORY_PAGE:用户内存存储物理块数

◆bｏolｉｓEmｐty：内存是否占满

2)先进先出的算法（FＩFO）:

◆queｕeｑ:内存存储队列，先进先出

3)最近最少使用算法（LRU）:

◆strｕｃｔLpａge：

◆ＬpaｇｅlPage[MAX＿MＥMORＹ_PAGＥ]：FIFＯLRＵ进程页面

◆prｉorｉｔｙ_qｕeｕｅｑ：内存存储优先队列，最近使用次数大

者优先级高

◆queue qq:LＲU中用于修改最近使用时间函数的临时队列

4)最佳淘汰算法（OＰT)：

◆sｔruct Oｐaｇe：

◆Opage oＰage[MAＸ_MＥＭORY_PＡＧE] :OPT进程页面

◆priｏriｔy_queuｅ＜Opage＞ｑ：内存存储优先队列，ＣPU使用间隔大者优

先级高

◆queuｅ＜Opage>qq：OＰT中用于修改使用间隔的临时队列

3.主要代码结构

1)公共部分：

◆int maｉn():Maｉn函数菜单界面

◆voiｄInｉtｉal(iｎt n):用于初始化各算法参数的函数

◆voｉd Output(ｉnt ｎ)：控制输出函数

2)最近最少使用算法（ＬRＵ）:

◆void alterLaｔeUse(priｏrity_quｅue＜Lpage> &ｑ,int Poｓ):

LRU中用于修改内存中页面最近使用时间

3)最佳淘汰算法(OＰT):

◆alterDｉst（ｐｒiority_queue＜Oｐage>&q, int n, int *Ｐage_OP)：

ＯＰＴ中用于修改内存中页面使用间隔

4.主要代码段分析(加粗下划线部分为核心）

1)公共部分:

按照实验要求,随机生成3２0条随机数指令流，同时转换为页地址流

(分析部分见注释）