操作系统实验五--存储管理

article/2025/10/28 10:30:37

文章目录

    • 操作系统实验五--存储管理
      • 一、实验目的
      • 二、实验内容
      • 三、设计原理及相关算法
      • 四、结果分析
      • 五、源代码

操作系统实验五–存储管理

一、实验目的

1、了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式存储管理的主要页面置换算法原理。

2、掌握请求页式存储管理中页面置换算法的模拟设计方法。

二、实验内容

设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用下述方法计算访问命中率。

①先进先出的算法（FIFO）；

②最近最少少使用算法(LRR);

③最佳淘汰算法(OPT):选淘汰最不常用的页地址;

④最少访问页面算法(LFR);

⑤最近最不经常使用算法(NUR).

（其中③④为选择内容）

​ 命中率= 1 - 页面失效次数 / 页地址流长度

三、设计原理及相关算法

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：

​ ①50％的指令是顺序执行的；

​ ②25％的指令是均匀分布在前地址部分；

​ ③25％的指令是均匀分布在后地址部分。

​ 具体的实施方法是：

​ ①在[1，319]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十1的指令；

​ ③在前地址［0，m十1］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；

​ ③重复上述步骤①～⑤，直到执行320次指令。

2、将指令序列变换成为页地址流

 设：①页面大小为IK；

​ 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]）；

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。

四、结果分析

image-20211221174054132

五、源代码

//1.存储管理。
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define INVALID -1
#define NULL  0
#define  total_instruction 320     /*指令流长*/
#define  total_vp  32               /*虚页长*/
#define  clear_period  50           /*清0周期*/typedef struct                      /*页面结构*/
{int pn;      //页号 logic numberint pfn;     //页面框架号 physical frame numberint counter; //计数器int time;    //时间
}pl_type;pl_type pl[total_vp];                      /*页面线性结构---指令序列需要使用地址*/typedef struct pfc_struct                  /*页面控制结构，调度算法的控制结构*/
{                          int pn;int pfn;struct pfc_struct *next;
}pfc_type;pfc_type pfc[total_vp], *freepf_head, *busypf_head, *busypf_tail;int diseffect,  a[total_instruction]; /* a[]为指令序列*/int page[total_instruction],  offset[total_instruction];/*地址信息*/int  initialize(int);
int  FIFO(int);
int  LRU(int);
int  LFU(int);
int  NUR(int); //not use recently
int  OPT(int);int 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;  /*正态分布*/for(i=0;i<total_instruction;i+=4)        /*产生指令队列*/{if(s<0||s>319){printf("When i==%d,Error,s==%d\n",i,s);exit(0);} a[i]=s;                                   /*任选一指令访问点m*/a[i+1]=a[i]+1;                            /*顺序执行一条指令*/a[i+2]=(float)a[i]*rand( )/32767/32767/2; /*执行前地址指令m*/a[i+3]=a[i+2]+1;                          /*顺序执行一条指令*/s=(float)(318-a[i+2])*rand( )/32767/32767/2+a[i+2]+2;if((a[i+2]>318)||(s>319))printf("a[%d+2],a number which is :%d and s==%d\n",i,a[i+2],s);}for (i=0;i<total_instruction;i++) /*将指令序列变换成页地址流*/{page[i]=a[i]/10;offset[i]=a[i]%10;}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 page frames   ",i);FIFO(i);LRU(i);LFU(i);NUR(i);OPT(i);}return 0;
}/*初始化相关数据结构 total_pf表示内存的块数 */int initialize(int total_pf)             
{int i;diseffect=0;for(i=0;i<total_vp;i++){pl[i].pfn=INVALID;       /*置页面控制结构中的页号，页面为空*/pl[i].counter=0;         /*页面控制结构中的访问次数为0*/pl[i].time=-1;           /*访问的时间*/}for(i=0;i<total_pf-1;i++)	/*建立pfc[i-1]和pfc[i]之间的链接*/{	pfc[i].next=&pfc[i+1];pfc[i].pfn=i;}   pfc[total_pf-1].next=NULL;pfc[total_pf-1].pfn=total_pf-1;freepf_head=&pfc[0];         /*空页面队列的头指针为pfc[0]*/return 0;
}int FIFO(int total_pf)              /*先进先出算法total_pf:用户进程的内存页面数*/
{int i,j;pfc_type *p;					/*中间变量*/initialize(total_pf);         /*初始化相关页面控制用数据结构*/busypf_head=busypf_tail=NULL; /*忙页面队列头，队列尾链接*/for(i=0;i<total_instruction;i++){if(pl[page[i]].pfn==INVALID)   /*页面失效*/{diseffect+=1;                  /*失效次数*/if(freepf_head==NULL)         /*无空闲页面*/{p=busypf_head->next;       pl[busypf_head->pn].pfn=INVALID;freepf_head=busypf_head;  /*释放忙页面队列的第一个页面*/freepf_head->next=NULL;  /*表明还是缺页*/busypf_head=p;}p=freepf_head->next;        freepf_head->pn=page[i];pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;freepf_head->next=NULL; /*使busy的尾为null*/if(busypf_tail==NULL){busypf_tail=busypf_head=freepf_head;}else{busypf_tail->next=freepf_head;busypf_tail=freepf_head;}freepf_head=p;}}printf("FIFO:%6.4f  ",1-(float)diseffect/320);return 0;
}
int LRU (int total_pf)       /*最近最久未使用算法least recently used*/
{int min,minj,i,j,present_time; /*minj为最小值下标*/initialize(total_pf);present_time=0;for(i=0;i<total_instruction;i++){if(pl[page[i]].pfn==INVALID)             /*页面失效*/{diseffect++;if(freepf_head==NULL)              /*无空闲页面*/{min=32767;						/*设置最大值*/for(j=0;j<total_vp;j++)            /*找出time的最小值*/{ if(min>pl[j].time&&pl[j].pfn!=INVALID){min=pl[j].time;minj=j;}}freepf_head=&pfc[pl[minj].pfn];   //腾出一个单元pl[minj].pfn=INVALID;pl[minj].time=0;freepf_head->next=NULL;}pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;   //有空闲页面,改为有效pl[page[i]].time=present_time;freepf_head=freepf_head->next;      //减少一个free 页面}else{pl[page[i]].time=present_time;        //命中则增加该单元的访问次数present_time++;}}printf("LRU:%6.4f  ",1-(float)diseffect/320);return 0;
}int NUR(int  total_pf )                  /*最近未使用算法Not Used recently count表示*/
{ 
int i,j,dp,cont_flag,old_dp;
pfc_type *t;
initialize(total_pf);
dp=0;for(i=0;i<total_instruction;i++)
{ if (pl[page[i]].pfn==INVALID)         /*页面失效*/{diseffect++;if(freepf_head==NULL)               /*无空闲页面*/{ cont_flag=TRUE;old_dp=dp;while(cont_flag){if(pl[dp].counter==0&&pl[dp].pfn!=INVALID)cont_flag=FALSE;else{dp++;if(dp==total_vp)dp=0;if(dp==old_dp)for(j=0;j<total_vp;j++)pl[j].counter=0;}}freepf_head=&pfc[pl[dp].pfn];pl[dp].pfn=INVALID;freepf_head->next=NULL;}pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;freepf_head->pn=page[i];freepf_head=freepf_head->next;}elsepl[page[i]].counter=1;if(i%clear_period==0)for(j=0;j<total_vp;j++)pl[j].counter=0;
}
printf("NUR:%6.4f  ",1-(float)diseffect/320);
return 0;
}int OPT(int total_pf)       /*最佳置换算法*/
{int i,j, max,maxpage,d,dist[total_vp];pfc_type *t;initialize(total_pf);for(i=0;i<total_instruction;i++){ if(pl[page[i]].pfn==INVALID)      /*页面失效*/{diseffect++;if(freepf_head==NULL)         /*无空闲页面*/{for(j=0;j<total_vp;j++){if(pl[j].pfn!=INVALID)dist[j]=32767;elsedist[j]=0;	 }for(j=0;j<total_vp;j++)	       {if((pl[j].pfn!=INVALID)&&(dist[j]==32767)){dist[j]=j;}}max=0;for(j=0;j<total_vp;j++)if(max<dist[j]){max=dist[j];maxpage=j;}freepf_head=&pfc[pl[maxpage].pfn];freepf_head->next=NULL;pl[maxpage].pfn=INVALID;}pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;freepf_head=freepf_head->next;}}printf("OPT:%6.4f\n",1-(float)diseffect/320);return 0;
}
/*该算法时根据已知的预测未知的，least frequency  Used是最不经常使用置换法*/
int  LFU(int total_pf)        
{int i,j,min,minpage;pfc_type *t;initialize(total_pf);for(i=0;i<total_instruction;i++){ if(pl[page[i]].pfn==INVALID)      /*页面失效*/{ diseffect++;if(freepf_head==NULL)          /*无空闲页面*/{ min=32767;	/*获取counter的使用用频率最小的内存*/	for(j=0;j<total_vp;j++){if(min>pl[j].counter&&pl[j].pfn!=INVALID){min=pl[j].counter;minpage=j;}}freepf_head=&pfc[pl[minpage].pfn];pl[minpage].pfn=INVALID;pl[minpage].counter=0;freepf_head->next=NULL;}pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;   //有空闲页面,改为有效pl[page[i]].counter++;freepf_head=freepf_head->next;      //减少一个free 页面}else{pl[page[i]].counter;pl[page[i]].counter=pl[page[i]].counter+1;}}printf("LFU:%6.4f  ",1-(float)diseffect/320);return 0;
}

http://chatgpt.dhexx.cn/article/UZlUki0Z.shtml

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