(完整word版)頁面置換算法實驗報告

1、綜合性實驗報告專業(yè) 年級班級:課程名稱操作系統(tǒng)指導教師學號姓名實驗地點實驗時間項目名稱頁匍置換算法實驗類型綜合性一、實驗?zāi)康?.學習常見的4種頁面置換算法：最佳置換算法（OPT ,先進先出頁面置換算 法（FIFO）,最近最久未使用頁面算法（LRU ,最少使用置換算法（LFU 。 2.編寫函數(shù)并計算輸出上述各種算法的命中率。二、總體設(shè)計（設(shè)計原理、設(shè)計方案及流程等）設(shè)計原理：OPT頁面置換算法OPT所選擇被淘汰的頁面是已調(diào)入內(nèi)存，且在以后永不使用的，或是在最長時間內(nèi)不再被訪問的頁面。因此如何找出這樣的頁面是該算法的關(guān)鍵?？蔀槊總€頁面設(shè)置一個步長變量，其初值為一足夠大的數(shù)，對于不在內(nèi)存的頁面，將其

2、值重置為零，對于位于內(nèi)存的頁面，其值重置為當前訪問頁面與之后首次出現(xiàn)該頁面時兩者之間的距離，因此該值越大表示該頁是在最長時間內(nèi)不再被訪問的頁面，可以選擇其作為換出頁面。FIFO頁面置換算法FIFO總是選擇最先進入內(nèi)存的頁面予以淘汰，因此可設(shè)置一個先進先出的忙頁幀隊列，新調(diào)入內(nèi)存的頁面掛在該隊列的尾部，而當無空閑頁幀時，可從該隊列首部取下一個頁幀作為空閑頁幀，進而調(diào)入所需頁面。LRU頁面置換算法LRU是根據(jù)頁面調(diào)入內(nèi)存后的使用情況進行決策的，它利用“最近的過去”作為“最近的將來”的近似，選擇最近最久未使用的頁面予以淘汰。該算法主要借助于頁面結(jié)構(gòu)中的訪問時間time來實現(xiàn)，time記錄了一個頁面上

3、次的訪問時間，因此，當須淘汰一個頁面時，選擇 處于內(nèi)存的頁面中其time值最小的頁面，即最近最久未使用的頁面予以淘汰。LFU頁面置換算法LFU要求為每個頁面配置一個計數(shù)器（即頁面結(jié)構(gòu)中的counter ）, 一旦某頁被訪問，則將其計數(shù)器的值加1,在需要選擇一頁置換時，則將選擇其計數(shù)器值最小的頁面，即內(nèi)存中訪 問次數(shù)最少的頁面進行淘汰。設(shè)計流程:1 .通過隨機數(shù)產(chǎn)生一個指令序列，共320條指令。2 .指令序列變換成頁地址流3 .計算并輸出下述各種算法在不同內(nèi)存容量下的命中率。4 .在主函數(shù)中生成要求的指令序列，并將其轉(zhuǎn)換成頁地址流；在不同的內(nèi)存容量下調(diào)用上述函數(shù)使其計算并輸出相應(yīng)的命中率。三、實

4、驗步驟（包括主要步驟、代碼分析等）主要代碼：1.頁面結(jié)構(gòu)typedef structint pn, pfn, counter, time; pl_type ;pl_type pltotal_vp;其中pn為頁面號（頁號），pfn為頁幀號（物理塊號），counter為一個周期內(nèi)訪問該 頁面的次數(shù)，time為訪問時間；pltotal_vp 為頁面結(jié)構(gòu)數(shù)組，由于共有 320條指令，每 頁可裝入10條指令，因此虛頁長 total_vp 的值為32。將此結(jié)構(gòu)封裝到Pahg.h文件中。2.頁幀控制結(jié)構(gòu)struct pfc_structint pn, pfn;struct pfc_struct *next;

5、typedef struct pfc_struct pfc_type;pfc_type pfctotal_vp, *freepf_head, *busypf_head, *busypf_tail;其中pfctotal_vp定義用戶進程的頁幀控制結(jié)構(gòu)數(shù)組，在該實驗中，用戶內(nèi)存工作區(qū)是動態(tài)變化的，最多可達到用戶進程的虛頁數(shù)目，即32個物理塊。*freepf_head為空閑頁幀頭的指針*busypf_head為忙頁幀頭的指針*busypf_tail忙頁幀尾的指針講此結(jié)構(gòu)封裝到PageControl.h 頭文件中。3.主要函數(shù) void initialize（int）:初始化函數(shù)該函數(shù)主要對頁面結(jié)構(gòu)數(shù)

6、組pl和頁幀結(jié)構(gòu)數(shù)組 pfc進行初始化，如置頁面結(jié)構(gòu)中的頁面號pn,初始化頁幀號 pfn為空，訪問次數(shù) counter為0,訪問時間time為-1 ;同樣對頁 幀數(shù)組進行初始化，形成一個空閑頁幀隊列。(2) void OPT(int):(3) void FIFO(int):(4) void LRU(int):(5) void LFU(int):void FIFO(int total_pf)計算使用最佳頁面算法時的命中率計算使用先進先出頁面置換算法時的命中率計算使用最近最久未使用頁面置換算法時的命中率計算使用最少使用置換算法時的命中率/*先進先出頁面置換算法*/int i,j;pfc_type

7、*p;initialize(total_pf);busypf_head=busypf_tail=NULL;for(i=0;i<total_instruction;i+)if(plpagei.pfn=INVALID)/*頁面失效 */diseffect=diseffect+1;if(freepf_head=NULL)/*無空閑頁幀 */p=busypf_head->next;plbusypf_head->pn.pfn=INVALID; /將忙頁幀隊首頁面作為換出頁面freepf_head=busypf_head;freepf_head->next=NULL;busypf_

8、head=p; /忙頁幀頭指針后移p=freepf_head->next; / 有空閑頁幀freepf_head->next=NULL;freepf_head->pn=pagei; /*將所需頁面調(diào)入空閑頁幀*/plpagei.pfn=freepf_head->pfn;if(busypf_tail=NULL) /*若忙頁幀隊列為空，則將其頭尾指針都指向剛調(diào)入頁面所在的頁幀*/busypf_head=busypf_tail=freepf_head;else / 否則，將剛調(diào)入頁面所在的頁幀掛在忙頁幀隊列尾部 busypf_tail->next=freepf_head

9、;busypf_tail=freepf_head; freepf_head=p; / 空閑頁幀頭指針后移 printf("FIFO:%6.4f ",1-(float)diseffect/320); void LRU(int total_pf)/*最近最久未使用頁面置換算法*/int i,j；int min,minj,present_time;initialize(total_pf);present_time=0;for(i=0;i<total_instruction;i+)if(plpagei.pfn=INVALID) /*頁面失效 */diseffect+;if(f

10、reepf_head=NULL) /*無空閑頁幀 */min=32767;for(j=0;j<total_vp;j+) /*if(min>plj.time && plj.pfn!=INVALID)找出位于內(nèi)存且time值最小的頁面作為置換頁面*/ min=plj.time; minj=j; freepf_head=&pfcplminj.pfn; plminj.pfn=INVALID;plminj.time=-1;freepf_head->next=NULL;plpagei.pfn=freepf_head->pfn; / plpagei.time=

11、present_time; / freepf_head=freepf_head->next; /騰出一個單元有空閑頁面，改為有效修改頁面的訪問時間減少一個free 頁面 elseplpagei.time=present_time; /命中則修改該單元的訪問時間present_time+; printf("LRU:%6.4f ",1-(float)diseffect/320);void OPT(int total_pf) /*最佳頁面置換算法*/int i,j,max,maxpage,d,disttotal_vp;initialize(total_pf);for(i=0

12、;i<total_instruction;i+) if(plpagei.pfn=INVALID) /*頁面失效 */ diseffect+;if(freepf_head=NULL) /* 無空閑頁面 */ for(j=0;j<total_vp;j+) if(plj.pfn!=INVALID)所有位于內(nèi)存頁面的距離變量賦一足夠大的數(shù)distj=32767; else /不在內(nèi)存的頁面變量則置為0distj=0; d=1; /*對于位于內(nèi)存且在當前訪問頁面之后將再次被訪問的頁面，dist重置為當前頁面與之后首次出現(xiàn)該頁面時兩者之間的距離*/for(j=i+1;j<total_in

13、struction;j+) if(plpage皿pfn!=INVALID && distpagej=32767) distpagej=d;d+; max=-1; /查找dist變量值最大的頁面作為換出頁面 for(j=0;j<total_vp;j+)if(max<dist)max=distj; maxpage=j; freepf_head=&pfcplmaxpage.pfn; /騰出一個單元freepf_head->next=NULL; plmaxpage.pfn=INVALID; plpagei.pfn=freepf_head->pfn; /有

14、空閑頁面，改為有效freepf_head=freepf_head->next; /減少一個 free 頁面 printf("OPT:%6.4f ",1-(float)diseffect/320); void LFU(int total_pf)/*最少使用頁面置換算法*/ int i,j,min,minpage;initialize(total_pf);for(i=0;i<total_instruction;i+)if(plpagei.pfn=INVALID) /頁面失效diseffect+;if(freepf_head=NULL) / 無空閑頁幀min=3276

15、7;for(j=0;j<total_vp;j+) /查找位于內(nèi)存且訪問次數(shù)最少的頁面作為換出頁面if(min>plj.counter&&plj.pfn!=INVALID)min=plj.counter;minpage=j;plj.counter=0;freepf_head=&pfcplminpage.pfn; /騰出一個單元plminpage.pfn=INVALID; freepf_head->next=NULL; plpagei.pfn=freepf_head->pfn; /有空閑頁面,改為有效plpagei.counter+; /增加頁面訪問

16、次數(shù)freepf_head=freepf_head->next; /減少一個 free 頁else plpagei.counter+; / 命中增加頁面訪問次數(shù) printf("LFU:%6.4f ",1-(float)diseffect/320);將上述函數(shù)寫成頭文件的格式封裝在Memory.h頭文件中，由主函數(shù) main調(diào)用使用。運行結(jié)果打開linux虛擬機，用vim編輯器打開代碼進行修改和調(diào)整。用g+編譯器進行編譯運,如圖所示：rootlo c日I h st: r探作系統(tǒng)/叁合牲塞若文件編耨查看第終端標簽幫助時rootwlocalhcsl 窈合性實驗# g q

17、inain niain.cp口Memory.h： In 此欣心,h：33： Me儂. h ； 41 ； 肥gn . h ； 44 ：constructor： ：CMemary,：)'：警告：當轉(zhuǎn)換到51(從警告；當轉(zhuǎn)換到inf 警告：當箱換到inffloat JBt門。自L )時門ci日I .)時rootftlocalhost 棠合性實臆作./matnFIFO : - I -'(J: FIFO： FIR： FIFO： FIFO, FIFO: FtFO： - I 70： Fl陽 FIFO： FI FC : FIFO： - I -(J i FIFO： FIFO： 7I -0： FI

18、FO： FIFO： FIFO： FIFO： FIFO： FIFO: FIR：； |;0J FIFO： FIFO： FIFO： 門【S.O.54375LRL： ,0,553125LRU： ,0.57B125LRU： ,O.5S125LRU： .O.59375LRL： ,0,6125LRU!.0.625LRU：,O.6375LRU： .0.65LRL： ,O.O9375LRU： ,O.6S6B75LRU： ,O.7C3125LRU； .O.715625LRI： ,O.71B75LRUs ,0.759375LRU： ,0.759375LRU： .O.759375LRU： .0.S03125LRU：

19、,0.803125LRli ,0.S03125LRU： .0.83125LRL： .0,B34375LRL： ,0.S375LRU：,0.B625LRU： .0.B78125LRU： -0,S90625LRI： ,0.fi90625LRU! .O.9LRU：0.543750FI： 0.56250PT： 0.578I250PT： 0.593750PTJ 0.60PT： 0,6156250PT1 0.643750PT： 04656250PT： 0.66250FT： 0,6S43750PT： 0.6900250PT： Q.7092T50PT： 0.72B1250FIJ 0.7406250PUO.75

20、OPT： 04768750： 0t775OPT： 0.793750PT： O.0125OPT： 0.8250PT： 04H8125OFT： 0,a468750PT： 0.8593750PT： 0.8718750PT： 0.8781250PT! 0,8843750PT： 0.88750PT：。.麗 6K7sop1 ： 0.90PI：0.9S4375LFUJ O,98125LFU1 O.97B125LFU： O.975LFU： O.97IS75LFC： 0.96B75LFU： 0.965625LFU： 0-9625LFL： 0.959375LFU： 0,95e25LF(J： 0.953125LFU： 0-95LFU； O-94