1、实验二页面置换算法实现一、实验目的（ 1）了解内存分页管理策略（ 2）掌握调页策略（ 3）掌握一般常用的调度算法（ 4）学会各种存储分配算法的实现方法。（ 5）了解页面大小和内存实际容量对命中率的影响。二、实验内容采用页式分配存储方案， 通过分别计算不同算法的命中率来比较算法的优劣，同时也考虑页面大小及内存实际容量对命中率的影响， 设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用下述算法来模拟实现页面的置换：1. 先进先出的算法（ FIFO）2. 最近最久未使用算法（ LRU）3. 最佳置换算法（ OPT）实验分析在进程运行过程中，若其所访问的页面不存在内存而需要把它们调入内存，但内存已无空闲时， 为了
2、保证该进程能够正常运行， 系统必须从内存中调出一页程序或数据送磁盘的对换区中。但应调出哪个页面，需根据一定的算法来确定，算法的好坏， 直接影响到系统的性能。 一个好的页面置换算法， 应该有较低的页面更换频率。2.1 先进先出（ FIFO ）页面置换算法当需要访问一个新的页面时， 首先查看物理块中是否就有这个页面， 若要查看的页面物理块中就有， 则直接显示， 不需要替换页面； 如果要查看的页面物理块中没有，就需要寻找空闲物理块放入，若存在有空闲物理块，则将页面放入；若没有空闲物理块，则替换页面。并将物理块中所有页面timer+ 。2.2 最近久未使用 (LRU) 置换算法的思路最近久未使用置换算
3、法的替换规则， 是根据页面调入内存后的使用情况来进行决策的。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， 当需淘汰一个页面的时候选择现有页面中其时间值最大的进行淘汰。2.3 最佳（ OPT）置换算法的思路其所选择的被淘汰的页面， 是以后不使用的， 或者是在未来时间内不再被访问的页面，采用最佳算法，通常可保证获得最低的缺页率。三、实验流程3.1系统功能图.图 3-1 系统功能图3.2算法流程图1）先进先出（ FIFO ）页面置换算法流程图图 3-2 先进先出页面置换算法流程图2）最近久未使用 (LRU) 置换算法.图 3-3 最近久未使用置换算法流程图3）最佳
4、（ OPT ）置换算法图 3-4 最佳置换算法流程图.四、源程序#include#include #include #include #define L 20/页面长度最大为20int M; / 内存块struct Pro/定义一个结构体int num,time;Input(int m,Pro pL)/ 打印页面走向状态coutm;if(m20|m10) coutendl;cout页面长度必须在 1020 之间 endlendl; cout请重新输入 L ：;else break;while(1);int i,j;j=time(NULL);/ 取时钟时间srand(j);/以时钟时间 j 为种
5、子，初始化随机数发生器coutendl;cout输出随机数 : endl;coutendl;for(i=0;im;i+)pi.num=rand( )%10;/ 产生 0 到 9 之间的随机数放到数组 p 中 pi.time=0;coutpi.num ;coutendlendl;return m;void print(Pro *page1)/ 打印当前的页面Pro *page=new ProM;.page=page1;for(int i=0;iM;i+)coutpagei.num ;coutendl;int Search(int e,Pro *page1 )/寻找内存块中与e 相同的块号Pro
6、*page=new ProM;page=page1;for(int i=0;iM;i+)if(e=pagei.num)return i;/ 返回 i 值 return -1;int Max(Pro *page1)/寻找最近最长未使用的页面Pro *page=new ProM;page=page1;int e=page0.time,i=0;while(iM) / 找出离现在时间最长的页面if(epagei.time)e=pagei.time;i+;for( i=0;iM;i+)if(e=pagei.time)return i;/找到离现在时间最长的页面返回其块号return -1;int Cou
7、nt(Pro *page1,int i,int t,Pro pL)/ 记录当前内存块中页面离下次使用间隔长度Pro *page=new ProM;page=page1;int count=0;for(int j=i;jL;j+)if(paget.num=pj.num )break;/ 当前页面再次被访问时循环结束 else count+;/否则 count+1return count;/返回 count 的值int main()int c;int m=0,t=0;.float n=0;Pro pL;m=Input(m,p);/ 调用 input 函数，返回 m 值cout请输入分配的物理块m(
8、26): ;coutendlM;if(M6|M2) coutendl;cout物理块 m 必须在 26 之间 endlendl; cout请重新输入 m： ; else break;while(1);Pro *page=new ProM;dofor(int i=0;iM;i+)/ 初始化页面基本情况 pagei.num=0; pagei.time=m-1-i;i=0;coutendl;cout1:FIFO 页面置换 2:LRU 页面置换 endl;cout3:OPT 页面置换 4: 退出 endl;cout请选择页面置换算法： c;if(c=1)/FIFO 页面置换n=0;cout FIFO
9、算法页面置换情况如下 : endl;coutendl;while(i=0) /当前页面在内存中coutpi.num ; / 输出当前页 pi.numcout不缺页 endl;i+; /i 加 1else /当前页不在内存中if(t=M)t=0;else.n+; /缺页次数加 1paget.num=pi.num; / 把当前页面放入内存中coutpi.num ;print(page); /打印当前页面t+; /下一个内存块i+; / 指向下一个页面coutendl;cout缺页次数： n 缺页率： n/mendlendl;if(c=2)/LRU 页面置换n=0;cout LRU 算法页面置换情况
10、如下 : endl;coutendl;while(i=0)/ 如果已在内存块中 paget.time=0;/把与它相同的内存块的时间置 0 for(a=0;aM;a+)if(a!=t)pagea.time+;/ 其它的时间加 1 coutpi.num ;cout不缺页 endl;else /如果不在内存块中n+; /缺页次数加 1t=Max(page); /返回最近最久未使用的块号赋值给tpaget.num=pi.num; / 进行替换paget.time=0; /替换后时间置为0coutpi.num ;print(page);for(a=0;aM;a+)if(a!=t)pagea.time+
11、; /其它的时间加1i+;coutendl;cout缺页次数： n 缺页率： n/mendlendl;.if(c=3)/OPT 页面置换n=0;cout OPT 算法置换情况如下 :endl;coutendl;while(i=0)/如果已在内存块中coutpi.num ;cout不缺页 endl;i+;else/如果不在内存块中int a=0;for(t=0;tM;t+)if(paget.num=0)a+;/ 记录空的内存块数if(a!=0) / 有空内存int q=M;for(t=0;tt)q=t;/ 把空内存块中块号最小的找出来pageq.num=pi.num;n+;coutpi.num
12、;print(page);i+;elseint temp=0,s;for(t=0;tM;t+)/ 寻找内存块中下次使用离现在最久的页面if(tempCount(page,i,t,p)temp=Count(page,i,t,p);s=t; / 把找到的块号赋给spages.num=pi.num;n+;coutpi.num ;print(page);i+;.coutendl;cout缺页次数： n 缺页率： n/mendlendl;if(c = 4) break;while(c=1|c=2|c=3);return 0;五、实验结果5.1程序主界面运行程序后， 将会提示用户输入页面长度， 长度在 1
13、0 到 20 之间。当用户输入长度（以 12 为例）后，系统将会显示随机数。系统提示用户输入分配的物理块，用户输入数据（以 3 为例）。程序主界面运行图如图 5-1 所示。图 5-1 程序主界面5.2 先进先出 (FIFO) 页面置换算法运行结果选择算法 1 之后，进入算法 1 的操作。系统会显示算法的页面置换情况。先来先服务算法的运行图如图 5-2 所示。.图 5-2 先进先出页面置换算法运行结果图5.3 最近久未使用 (LRU) 置换算法运行结果选择算法 2 之后，进入算法 2 的操作。系统会显示算法的页面置换情况。最近久未使用的运行图如图 5-3 所示。图 5-3 最近久未使用置换算法运行结果图4）最佳（ OPT ）置换算法运行结果选择算法 3 之后，进入算法 3 的操作。系统会显示算法的页面置换情况。最近久未使用的运行图如图 5-4 所示。图 5-4 最佳置换算法运行结果图四、总结.通过本次实验，我对页面置换算法的了解更加的深刻。页面置换算法主要有以下置换算法： OPT（最佳置换算法）、FIFO（先进先出置换算法）、LRU（最近最久未使用算法）。在进程运行过程中，若其访问的页面不在内存而需把它们调入内存，但内存以无空闲空间时， 为了保证该进程能正常的运行，系统必须从内存中调出一页程序或数据送磁盘的兑换区中，但应将哪个页面调出， 需根据一定的算法来确定。.
