操作系统-请求页式存储管理实验报告

操作系统-请求页式存储管理实验报告 操作系统 实验三 存储管理实验 班级: 学号: 姓名: 目 录 1. 实验目的 ................................................................................................................................................ 2 2. 实验内容 ................................................................................................................................................ 2 (1) 通过随机数产生一个指令序列，共320条指令 ................................................................................. 2 (2) 将指令序列变换成为页地址流 ............................................................................................................. 2 (3) 计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率 ..................................................................... 2 3. 随机数产生办法 .................................................................................................................................... 3 环境说明 ....................................................................................................................................................... 3 4. 程序设计说明 ........................................................................................................................................ 3 4.1. 全局变量........................................................................................................................................ 3 4.2. 随机指令序列的产生.................................................................................................................... 4 4.3. FIFO算法....................................................................................................................................... 4 4.4. LRU算法......................................................................................................................................... 4 4.5. OPT算法......................................................................................................................................... 5 5. 编程实现(源程序): .......................................................................................................................... 5 6. 运行结果及分析 .................................................................................................................................. 11 6.1. 运行(以某两次运行结果为例，列 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 如下:)........................................................................ 11 6.2. Belady’s anomaly.................................................................................................................. 11 1 1. 实验目的 存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。 本实验的目的是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 存储管理的页面置换算法。 2. 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: 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) 重复上述步骤a)~f)，直到执行320次指令。 (2) 将指令序列变换成为页地址流 设: a) 页面大小为1K; b) 用户内存容量为4页到32页; c) 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 a) 先进先出的算法(FIFO); b) 最近最少使用算法(LRU); c) 最佳淘汰算法(OPT); 2 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，页面失效次数为每次访问相应指令时，该指令所对应的页不在内存的次 数。 3. 随机数产生办法 关于随机数产生办法，可以采用操作系统提供的函数，如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。例如: srand(); 语句可以初始化一个随机数; a[0]=10*rand()/32767*319+1; a[1]=10*rand()/32767*a[0]; … 语句可以用来产生a[0]与a[1]中的随机数。 环境说明 此实验采用的是Win7下Code::blocks 10.05编译器编程。 此word实验文档中采用notepad++的语法高亮。 4. 程序设计说明 4.1. 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 inst[max];//指令序列 int page[max];//页地址流 int size; //内存能容纳的页数 bool in[maxp]; //该页是否在内存里，提高效率 int pin[maxp]; //现在在内存里的页 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。 3 4.2. 随机指令序列的产生 按照实验要求的写了，但是由于没有考虑细节，开始时出了点问题。 (1) 当m=319时，我们顺序执行m+1会产生第32页的页地址，从而使页地址没能按要求限制在[0, 31] 之间。 解决方法:采用循环模加来避免超出范围。 (2) 但是这样之后有可能出现模0的问题。所以我索性将等于0的模数都赋值为160. 最后的程序如下。 void produce_inst() { int m, n; int num = 0; while(num < maxn) { m = rand() % maxn; inst[num++] = (m+1)%maxn; if(num == maxn) break; m = (m+2) % maxn; if(m == 0) m = 160; n = rand() % m; inst[num++] = (n+1)%maxn; if(num == maxn) break; n = (n+2) % maxn; m = maxn - n; if(m == 0) m = 160; m = rand() % m + n; inst[num++] = m; } } 4.3. FIFO算法 定义变量ptr。 一开始先预调页填满内存。在这一部分，ptr指向下一个要存放的位置。 之后继续执行剩下的指令。此时，ptr表示队列最前面的位置，即最先进来的位置，也就是下一个要被替换 的位置。ptr用循环加，即模拟循环队列。 4.4. LRU算法 定义数组ltu[],即last_time_use来记录该页最近被使用的时间。 定义变量ti模拟时间的变化，每执行一次加一。 4 这个算法，我没有预调页，而是直接执行所有指令。 若当前需要的页没在内存里，就寻找最近最少使用的页，也就是ltu[]最小的页，即最近一次使用时间离现在最久的页，然后替换掉它。或者在内存还未满时，直接写入，这个我以初始化内存里所有页为-1来实现。 若已经在内存里了，则只遍历内存内的页，把当前页的最近使用时间改一下即可。 4.5. OPT算法 定义数组ntu[], 即next_time_use来记录下一次被使用的时间，即将来最快使用时间。初始化为-1. 开始时预调页填满内存里的页。同样利用变量ptr来表示下一个要存放的位置从而控制预调页的过程。 接着初始化ntu数组为-1。然后求出每一页下一次被使用的指令号，以此代替使用时间。如果所有剩下的序列都没有用该页时，则还是-1.这种值为-1的页显然是最佳替换对象。 然后执行所有剩下的指令。当该页不在内存里时，遍历ntu数组，遇到-1的直接使用该页，没有则用ntu[]值最大的，也就是最晚使用的。 无论该页在不在内存里，因为这一次已经被使用了，所以都应该更新这个页的ntu[]，只需往前看要执行的页流，记录下第一个遇到的该页即可。如果没有找到同样添-1即可。 5. 编程实现(源程序): #include #include #include #include using namespace std; 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 inst[max];//指令序列 int page[max];//页地址流 int size; //内存能容纳的页数 bool in[maxp]; //该页是否在内存里，提高效率 int pin[maxp]; //现在在内存里的页 void welcome() { printf("******************************************\n"); printf("** By schnee On2011-12-06 **\n"); printf("** 班级:09211311 班内序号:30 **\n"); printf("******************************************\n\n"); } 5 void input_hint() { printf("\n1--create new instruction sequence 2--set memory page number(4 to 32)\n"); printf("3--solve by FIFO algorithm 4--solve by LRU algorithm\n"); printf("5--solve by OPT algorithm 0--exit\n"); printf("*********Please input Your choice: "); } /*通过随机数产生一个指令序列，共320条指令*/ void produce_inst() { int m, n; int num = 0; while(num < maxn) { m = rand() % maxn; inst[num++] = (m+1)%maxn; if(num == maxn) break; m = (m+2) % maxn; if(m == 0) m = 160; n = rand() % m; inst[num++] = (n+1)%maxn; if(num == maxn) break; n = (n+2) % maxn; m = maxn - n; if(m == 0) m = 160; m = rand() % m + n; inst[num++] = m; } } /*将指令序列变换成为页地址流*/ void turn_page_address() { for(int i=0; i max) { max = ntu[pin[j]]; ptr = j; } } in[pin[ptr]] = false; in[page[i]] = true; pin[ptr] = page[i]; fault_n++; } ntu[page[i]] = -1; for(j=i+1; j