（操作系统）模拟操作系统的页面置换

来源：互联网发布：软件开发项目风险管理编辑：程序博客网时间：2024/05/22 14:34

一、需求分析

设计程序模拟先进先出（FIFO）置换算法，最佳（OPT）置换算法和最近最少用（LRU）置换算法的工作过程。假设内存中分配给每个进程的最小物理块数为m，在进程运行过程中要访问的页面个数为n，页面访问序列为P1, … ,Pn，分别利用不同的页面置换算法调度进程的页面访问序列，给出页面访问序列的置换过程，计算每种算法缺页次数和缺页率。

程序的设计主要是测试先进先出FIFO，最佳置换OPT和最近最少用LRU页面置换算法的效率以及过程，对于程序员设计有很多帮助，不同的场合用不同的算法可以提高程序的效率。

二、详细设计

1、数据结构

int a[320];//存放320条指令

int p;//存放页大小

int page[320];//存放合并后要使用的页号

int PageNumber;//存放页号数量

int piece;//存放块数

2、算法流程图

a.先进先出（FIFO）置换算法:

b.最近最少用（LRU）置换算法:

c.最佳（OPT）置换算法:

三、软件测试

1、如图一所示，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：

A：50%的指令是顺序执行的

B：25%的指令是均匀分布在前地址部分

C：25%的指令是均匀分布在后地址部分

具体的实施方法是：

A：在[0，319]的指令地址之间随机选取一起点m

B：顺序执行一条指令，即执行地址为m+1 的指令

C：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'

D：顺序执行一条指令，其地址为m'+1

E：在后地址[m'+2，319]中随机选取一条指令并执行 F：重复步骤A-E，直到320 次指令

图1.指令地址

2、如图2所示，页面大小的取值范围为1K，2K，4K，8K，16K。按照页面大小将指令地址转化化为页号。对于相邻相同的页号，合并为一个。

图2.合并后的页地址流

3.选择不同的块数和不同的页面置换算法会得出不同的缺页率，为了方便观察比较，下面选取相同的块数（4块）和不同的页面置换算法，求出缺页率。如图3-a，3-b，3-c所示：

图3-a.最佳置换算法（节选）

三、总结

本次实验主要用DOS界面实现模拟操作系统的页面置换功能。在本次实验中，没有用到MFC界面，使得实验数据冗长，不过也更能直观反应是否缺页，便于统计。实现先进先出、最近最少用和最佳置换算法时候，一开始的思路都有初始化进入内存块数的页数的函数，后来再次看的时候发现太冗长而且没有这个必要。

附：源程序

//PageReplacement.cpp

#include<iostream>

#include<time.h>

#include<iomanip>

#include"FIFO.h"

#include"LRU.h"

#include"OPT.h"

using namespace std;

void Random(int a[],int n);

int Translate(int a[],int Page[],intn,int p);

int main()

{

inta[320];//存放320条指令

inti=1;

intp;//存放页大小

intpage[320];//存放合并后要使用的页号

intPageNumber;//存放页号数量

intpiece;//存放块数

boolflag=true;

while(flag)

{

switch(i)

{

case1:

Random(a,320);

case2:

cout<<"请输入页大小（1K、2K、4K、8K、16K、）：";

cin>>p;

PageNumber=Translate(a,page,320,p);

cout<<"将相邻相同的页号合并为一个后要使用到的页号数为"<<PageNumber<<"个"<<endl;

case3:

cout<<"请输入块数（1~"<<32/p<<"）：";

cin>>piece;

case4:

cout<<"请选择页面置换算法(1~3)"<<endl;

cout<<"1.最佳置换算法（OPT)"<<endl;

cout<<"2.先进先出置换算法（FIFO）"<<endl;

cout<<"3.最近最少用置换算法（LRU）"<<endl;

cin>>i;

switch(i)

{

case1:OPT(page,PageNumber,piece,32/p);break;

case2:FIFO(page,PageNumber,piece,32/p);break;

case 3:LRU(page,PageNumber,piece,32/p);break;

default:cout<<"输入有误"<<endl;break;

}

cout<<"*****************************"<<endl;

cout<<"*****1.重新开始"<<endl;

cout<<"*****2.返回重新输入页大小"<<endl;

cout<<"*****3.返回重新输入块数"<<endl;

cout<<"*****4.返回重新选择页面置换算法"<<endl;

cout<<"*****5.结束程序"<<endl;

cin>>i;break;

default:flag=false;

}

return0;

}

void Random(int a[],int n)

{

cout<<"指令如下："<<endl;

intm,i=0;

srand(unsignedint(time(NULL)));

while(i<n)

{

a[i++]=rand()%n;

m=a[i]=a[i-1]+1;

a[++i]=rand()%(m+1);

i++;

m=a[i]=a[i-1]+1;

a[++i]=rand()%(n-m+1)+m+1;

i++;

}

for(i=0;i<n;i++)

{

cout<<a[i]<<setw(4);

if((i+1)%10==0)

cout<<endl;

}

cout<<endl;

}

int Translate(int a[],int Page[],intn,int p)

{

cout<<"页面调度序列如下："<<endl;

inti,j=0;

inttemp=-1,result;

for(i=0;i<n;i++)

{

result=a[i]/(p*10);

if(result!=temp)

temp=Page[j++]=result;

}

for(i=0;i<j;i++)

{

cout<<Page[i]<<setw(4);

if((i+1)%10==0)

cout<<endl;

}

cout<<endl;

returnj;

}

.\FIFO.H

//先进先出置换算法

#include<iostream>

#include<iomanip>

using namespace std;

//输出函数

void Output1(int *p,int n)

{

for(inti=0;i<n;i++)

cout<<p[i]<<setw(4);

}

void FIFO(int Page[],int n,intpiece,int total)

{

inti,number=0,j,position=0;

intrate=0;

int*p=new int [piece];

for(i=0;i<piece;i++)

p[i]=-1;//内存块数赋初值

for(i=0;i<n;i++)

{

cout<<i+1<<"";

cout<<Page[i]<<":"<<setw(4);

for(j=0;j<piece&&p[j]!=Page[i];j++)//查找是否缺页

;

if(p[j]==Page[i])

{

Output1(p,piece);

cout<<"不缺页"<<endl;

}

else

{

rate++;

for(j=0;j<piece-1;j++)//缺页处理

p[j]=p[j+1];

p[j]=Page[i];

Output1(p,piece);

cout<<"缺页"<<endl;

}

cout<<"缺页次数："<<rate<<""<<"总数"<<n<<endl;

cout<<"先进先出置换算法（FIFO）缺页率为"<<(double)rate/n*100<<"%"<<endl;

delete[]p;

}

.\LRU.H

//最近最少用置换算法

#include<iostream>

#include<iomanip>

using namespace std;

void LRU(int Page[],int n,int piece,inttotal)

{

inti,number=0,j,position=0;

intrate=0;

inttemp;

int*p=new int [piece];

for(i=0;i<piece;i++)

p[i]=-1;//内存块数赋初值

for(i=0;i<n;i++)

{

cout<<i+1<<" ";

cout<<Page[i]<<":"<<setw(4);

for(j=0;j<piece&&p[j]!=Page[i];j++)//查找是否缺页

;

if(p[j]==Page[i])//不缺页处理

{

temp=p[j];

while(j<piece-1)

{

p[j]=p[j+1];

j++;

}

p[j]=temp;

Output1(p,piece);

cout<<"不缺页"<<endl;

}

else//缺页处理

{

rate++;

for(j=0;j<piece-1;j++)

p[j]=p[j+1];

p[j]=Page[i];

Output1(p,piece);

cout<<"缺页"<<endl;

}

cout<<"缺页次数："<<rate<<""<<"总数"<<n<<endl;

cout<<"最近最少用置换算法（LRU）缺页率为"<<(double)rate/n*100<<"%"<<endl;

delete[]p;

}

.\OPT.H

//最佳置换算法

#include<iostream>

#include<iomanip>

using namespace std;

void OPT(int Page[],int n,int piece,inttotal)

{

inti,number=0,j,position=0,temp;

intrate=0;

int*p=new int [piece];

int*flag=new int[total];

//标记页数在内存的情况，0：不在内存块，1：在内存块，2：以后会再次访问并且已经在内存块的

for(i=0;i<piece;i++)

p[i]=-1;//内存块数赋初值

for(i=0;i<total;i++)

flag[i]=0;

for(i=0;i<n;i++)//缺页处理

{

cout<<i+1<<"";

if(flag[Page[i]]!=1)

{

rate++;

j=i+1;

temp=piece;

while(temp!=1&&j<n)

{

if(flag[Page[j]]==1)

{

flag[Page[j]]=2;

temp--;

}

j++;

}

for(j=0;j<piece;j++)

if(flag[p[j]]==1)

temp=j;

elseflag[p[j]]=1;

flag[p[temp]]=0;

flag[Page[i]]=1;

p[temp]=Page[i];

cout<<Page[i]<<":"<<setw(4);

Output1(p,piece);

cout<<"缺页"<<endl;

}

else

{

cout<<Page[i]<<":"<<setw(4);

Output1(p,piece);

cout<<"不缺页"<<endl;

}

cout<<"缺页次数："<<rate<<""<<"总数"<<n<<endl;

cout<<"最佳置换算法（OPT)缺页率为"<<(double)rate/n*100<<"%"<<endl;

delete[]p;

delete[]flag;

}

0 0