1、北方工业大学操作系统实验报告学 生 姓 名 杨 先 宇 学 号 15901020402 班 级 计 13-4 北方工业大学2018-4-5 第 2 页/共 12 页 实验名称 储存管理 实验序号 实验 2实验日期 2015.12.13 实验人 杨先宇一、实验目的和要求请求页式存储管理是一种常用的虚拟存储管理技术。本实验目的是通过请求页式存储管理中页面置换算法的模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。二、相关背景知识1. 先进先出页面淘汰算法（FIFO）地址映射过程中，若在页面中发现所要访问的页面不再内存中，则产生缺页中断。当发生缺页中断时操作系统必须在内存选择一个
2、页面将其移出内存，以便为即将调入的页面让出空间。而用来选择淘汰哪一页的规则叫做页面置换算法。最简单的页面置换算法是先入先出（FIFO）法。优先淘汰最早进入内存的页面，亦即在内存中驻留时间最久的页面。该算法实现简单，只需把调入内存的页面根据先后次序链接成队列，设置一个指针总指向最早的页面。但该算法与进程实际运行时的规律不适应，因为在进程中，有的页面经常被访问。2. 最近最久未使用页面淘汰法（LRU）关于操作系统的内存管理，如何节省利用容量不大的内存为最多的进程提供资源，一直是研究的重要方向。而内存的虚拟存储管理，是现在最通用，最成功的方式 在内存有限的情况下，扩展一部分外存作为虚拟内存，真正的内
3、存只存储当前运行时所用得到信息。这无疑极大地扩充了内存的功能，极大地提高了计算机的并发度。虚拟页式存储管理，则是将进程所需空间划分为多个页面，内存中只存放当前所需页面，其余页面放入外存的管理方式。然而，有利就有弊，虚拟页式存储管理减少了进程所需的内存空间，却也带来了运行时间变长这一缺点：进程运行过程中，不可避免地要把在外存中存放的一些信息和内存中已有的进行交换，由于外存的低速，这一步骤所花费的时间不可忽略。因而，采取尽量好的算法以减少读取外存的次数，也是相当有意义的事情。三、实验内容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：1. 50%的指令是顺序执行的；
4、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，即执行地址为 m+1 的指令；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 15，直到执行 320 次指令。北方工业大学2018-4-5 第 3 页/共 12 页2. 将指令序列变换成页地址流，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
5、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 条指令在虚存中存放的方式为：第 0 条至第 9 条指令为第 0 页（对应虚存地址为0，9） ；第 10 条至第 19 条指令为第 1 页（对应虚存地址为10，19） ；第 310 条至第 319 条指令为第 31 页（对应虚存地址为310，319） ；按以上方式，用户指令可以组成 32 页。3. 计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。1. 先进先出页面淘汰算法（FIFO）2. 最近最久未使用页面淘汰法（LRU）命中率=1 - 页面失效次数/页地址流长度在本实验中，页地址流长度为 320，页面失效次数为每
6、次访问相应指令时，该指令对应的页不在内存的次数。4. 随机数产生办法关于随机数产生办法，Linux 或 UNIX 系统提供函数 srand()和 rand()，分别进行初始化和产生随机数。四、关键数据结构与函数的说明1. 全局变量const int maxn = 320; /序列个数const int max = maxn +20;/数组大小const int maxp = max/10; /最大页数int instmax;/指令序列int pagemax;/页地址流int size; /内存能容纳的页数bool inmaxp; /该页是否在内存里，提高效率int pinmaxp; /现在在内
7、存里的页其中 in数组是为了方便直接判断该页是否在内存里，而不用遍历内存里所有页来判断。fault_n 用来记录缺页次数。2. 随机指令序列的产生void produce_inst()北方工业大学2018-4-5 第 4 页/共 12 页 int m, n;int num = 0;while(num #include#include#includeint str320;/320 条指令 int page32;/物理内存页int page_lock32;int count_num32;int error=0;int already_given=0; int find_page(int i)ret
8、urn (i/10);int page_schelduing_fifo(int num)int i,j,m,n,count=0,find;for(i=0;iinclude include ifndef _UNISTD_Hdefine _UNISTD_Hinclude include ndifdefine TRUE 1define FALSE 0define INVALID -1define NULL 0define total_instruction 320 /*指令流长*/define total_vp 32 /*虚页长*/define clear_period 50 /*清 0 周期*/y
9、pedef struct /*页面结构*/北方工业大学2018-4-5 第 9 页/共 12 页int pn,pfn,counter,time;pl_type;l_type pltotal_vp; /*页面结构数组*/truct pfc_struct /*页面控制结构*/int pn,pfn;struct pfc_struct *next;pedef struct pfc_struct pfc_type;fc_type pfctotal_vp,*freepf_head,*busypf_head,*busypf_tail;nt diseffect, atotal_instruction;nt p
10、agetotal_instruction, offsettotal_instruction;nt initialize(int);nt LRU(int);nt main( )int s,i,j;srand(10*getpid(); /*由于每次运行时进程号不同，故可用来作为初始化随机数队列的“种子”*/s=(float)319*rand( )/32767/32767/2+1; /for(i=0;i319) printf(“When i=%d,Error,s=%dt“,i,s);Exit=0);ai=s; /*任选一指令访问点 m*/ai+1=ai+1; /*顺序执行一条指令*/ai+2=(fl
11、oat)ai*rand( )/32767/32767/2; /*执行前地址指令 m */ai+3=ai+2+1; /*顺序执行一条指令 */s=(float)(318-ai+2)*rand( )/32767/32767/2+ai+2+2;if(ai+2318)|(s319)printf(“a%d+2,a number which is :%d and s=%dn“,i,ai+2,s);for (i=0;itotal_instruction;i+) /*将指令序列变换成页地址流*/ pagei=ai/10;offseti=ai%10; printf(“LRUn“);北方工业大学2018-4-5
12、第 10 页/共 12 页 for(i=4;i=32;i+) /*用户内存工作区从 4 个页面到 32 个页面*/ printf(“ %2d t“,i);LRU(i);printf(“t“);return 0;nt initialize(total_pf) /*初始化相关数据结构*/nt total_pf; /*用户进程的内存页面数*/int i;iseffect=0;or(i=0;itotal_vp;i+)pli.pn=i;pli.pfn=INVALID; /*置页面控制结构中的页号，页面为空*/pli.counter=0;pli.time=-1; /*页面控制结构中的访问次数为 0，时间为
13、-1*/or(i=0;itotal_pf-1;i+)pfci.next=pfci.pfn=i;/*建立 pfci-1和 pfci之间的链接*/fctotal_pf-1.next=NULL;fctotal_pf-1.pfn=total_pf-1;reepf_head= /*空页面队列的头指针为 pfc0*/return 0;nt LRU (total_pf) /*最近最久未使用算法*/nt total_pf;int min,minj,i,j,present_time;initialize(total_pf);present_time=0;for(i=0;itotal_instruction;i+)if(plpagei.pfn=INVALID) /*页面失效*/diseffect+;if(freepf_head=NULL) /*无空闲页面*/
