操作系统课程
设计
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--请求页式存储管理
操作系统课程设计
请求页式存储管理
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操作系统课程设计
设计四:
1.设计目的
请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。本设计通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式管理的页面置换算法。 2.设计内容:
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: ? 50% 的指令是顺序执行的;
? 25% 的指令是均匀分布在前地址部分;
? 25% 的指令是均匀分布在后地址部分。
具体的实施
方法
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是:
?在 [0,319] 的指令地址之间随机选取一起点 m;
?顺序执行一条指令;
?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′; ?顺序执行一条指令，其地址为 m′+1;
?在后地址 [m′+2,319] 中随机选取一条指令并执行 ;
?重复上述步骤? ~ ? ， 直到执行 320 次指令。
将指令序列变换成为页地址流
设:?页面大小为 1K;
?用户内存容量为 4 页到 32 页 ;
?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。
计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。
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先进先出的算法 (FIFO);最近最少使用算法 (LRR);
最少访问页面算法 (LFR);最近最不经常使用算法 (NUR)。
3(实验环境
每个学生一台微机，需要安装windows98或windows2000操作系统，配备VC、VB、java或C编程语言，每个学生上机时间不少于24个小时。 (1)、分页请求系统
为了能实现请求调页和置换功能，系统必须提供必要的硬件支持，其中，最重要的
是:
1)请求分页的页表机制。它是在分页的页表机制上增加若干个项而形成的，作为请(
求分页的数据结构;
(2)缺页中断机构。每当用户程序要访问的页面尚未调入内存时，便产生一缺页中断，
以请求OS将所缺的页面调入内存;
(3)地址变换机构。它同样是在分页的地址变换机构的基础上发展形成的。
为了实现请求调页还须得到OS的支持，在实现请求调页功能时，石油OS将所需的页从
外存调入内存;在实现置换功能时，也是由OS将内存的某些页调至外存。
4(实验提示
提示:A.命中率=1-页面失效次数/页地址流长度
B.本实验中，页地址流长度为320，页面失效次数为每次访问相应指令时，该指令所对应的页不在内存的次数。
C.关于随机数产生方法，采用TC系统提供函数RAND()和RANDOMIZE()来产生。
5.自己对算法的理解
? FIFO页面置换算法
?原理简述
?在分配内存页面数(AP)小于进程页面数(PP)时，当然是最先运行的AP个页面放入内存。
?这时有需要处理新的页面，则将原来内存中的AP个页面最先进入的调出(是以称为FIFO)，然后将新页面放入。
?以后如果再有新页面需要调入，则都按?的规则进行。
算法特点:所使用的内存页面构成一个队列。
? LRU页面置换算法
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?原理算述
?当分配内存页面数(AP)小于进程页面数(PP)时，当然是把最先执行的AP个页面放入内存。
?当需要调页面进入内存，而当前分配的内存页面全部不空闲时，选择将其中最长时间没有用到的那个页面调出，以空出内存来放置新调入的页面(称为LRU)。 算法特点:每个页面都有属性来表示有多长时间未被CPU使用的信息。 ?LFU即最不经常使用页置换算法
? 原理简述
要求在页置换时置换引用计数最小的页，因为经常使用的页应该有一个
较大的引用次数。但是有些页在开始时使用次数很多，但以后就不再使
用，这类页将会长时间留在内存中，因此可以将引用计数寄存器定时右
移一位，形成指数衰减的平均使用次数。
LRU算法的硬件支持
把LRU算法作为页面置换算法是比较好的，它对于各种类型的程序都能适用，但
实现起来有相当大的难度，因为它要求系统具有较多的支持硬件。所要解决的问题有:
1.一个进程在内存中的各个页面各有多久时间未被进程访问;
2.如何快速地知道哪一页最近最久未使用的页面。为此，须利用以下两类支持硬件:
(1)寄存器
用于记录某进程在内存中各页的使用情况。
实页R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0 /R
1 0 1 0 1 0 0 1 0
2 1 0 1 0 1 1 0 0
3 0 0 O 0 0 1 0 0
4 0 1 1 0 1 0 1 1
5 1 1 0 1 0 1 1 0
6 0 0 1 0 1 0 1 1
7 0 0 0 0 0 1 1 1
8 0 1 1 0 1 1 0 1
(2)栈
可利用一个特殊的栈来保存当前使用的各个页面的页面号。每当进程访问某页面
时，便将该页面的页面号从栈中移出，将它压入栈顶。
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算法特点:LFU算法并不能真正反映出页面的使用情况，因为在每一时间
间隔内，只是用寄存器的一位来记录页的使用情况，因此，访问一次和
访问10000次是等效的。
? NUR页面置换算法
?原理简述
所谓“最近未使用”，首先是要对“近”作一个界定，比如CLEAR_PERIOD=50，便是指在CPU最近的50次进程页面处理工作中，都没有处理到的页面。那么可能会有以下几种情况:
?如果这样的页面只有一个，就将其换出，放入需要处理的新页面。 ?如果有这样的页面不止一个，就在这些页面中任取一个换出(可以是下标最小的，或者是下标最大的)，放入需要处理的页面。
?如果没有一个这样的页面，就随意换出一个页面(可以是下标最小的，或者是下标最大的)。
算法特点:有一个循环周期，每到达这个周期，所有页面存放是否被CPU处理的信息的属性均被置于初始态(没有被访问)。
6(实验流程图
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开 始
生成地址流
形成地址页号
输入算法号S
N
提示出错，1?S?4 重新输入
Y
用户内存空间msize=2 是否用其他算
法继续
N
Msize?32 结 束
Y
S=?
1 2 3 4 OPT() FIFO() LRU() LFU()
Msize加1
7. 实验运行结果
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等等。
8. 实验源程序
#include
#include
using namespace std;
const int MaxNum=320;//指令数
const int M=5;//内存容量
int PageOrder[MaxNum];//页面请求
int Simulate[MaxNum][M];//页面访问过程 int PageCount[M],LackNum;//PageCount用来记录LRU算法中最久未使用时间,LackNum记录缺页数
float PageRate;//命中率
int PageCount1[32];
bool IsExit(int i)//FIFO算法中判断新的页面请求是否在内存中
{
bool f=false;
for(int j=0;j>choice;
YourChoice(choice);
}
}
void main()
{
int choice,i=1;
while(i)
{
cout<<"请选择算法:1--FIFO 2--LRU 3--LFU 4--NUR 5--
退出 "<>choice;
if(choice==5)
{
i=0;
}
else
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{
YourChoice(choice);
}
}
}
9. 实验体会
通过上面的截图可以发现，实验中指令是由随机函数产生的,然后根据产生的指令算出需要访问的页面.在本次实验中我写了四个页面置换算法—(先进先出)FIFO算法和(最久未使用)LRU算法, 最少访问页面算法 (LFR);最近最不经常使用算法 (NUR)。实验中的源程序是我根据
书
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上的原理自己设计的.我从这次的实验中获得了很大的收益,让我对计算机操作系统中的页面置换算法有了进一步的了解,更加进一步地了解了计算机操作系统中的页面访问原理.
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浙公网安备 33021202002483