标准
实验五 存储管理
一、实验目的
1 、加深对操作系统存储管理的理解
2 、能过模似页面调试算法，加深理解操作系统对内存的高度管理
二、总的设计思想、环境语言、工具等总的设计思想：
1、编写函数计算并输出下述各种算法的命中率
① OPT页面置换算法
OPT所选择被淘汰的页面是已调入内存，且在以后永不使用的，或是在最长时间内不再被访问的页面。因此如何找出这样的页面是该算法的关键。可为每个页面设置一个步长变量，其初值为一足够大的数，对于不在内存的页面，将其值重置为零，对于位于内存的页面，其值重置为当前访问页面与之后首次出现该页面时两者之间的距离，因此该值越大表示该页是在最长时间内不再被访问的页面，可以选择其作为换出页面。 ② FIFO页面置换算法
FIFO总是选择最先进入内存的页面予以淘汰，因此可设置一个先进先出的忙页帧队列，新调入内存的页面挂在该队列的尾部，而当无空闲页帧时，可从该队列首部取下一个页帧作为空闲页帧，进而调入所需页面。 ③ LRU页面置换算法
LRU是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的，它利用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似，选择最近最久未使用的页面予以淘汰。该算法主要借助于页面结构中的访问时间time来实现，time记录了一个页面上次的访问时间，因此，当须淘汰一个页面时，选择处于内存的页面中其time值最小的页面，即最近最久未使用的页面予以淘汰。
④ LFU页面置换算法
LFU要求为每个页面配置一个计数器（即页面结构中的counter），一旦某页被访问，则将其计数器的值加1，在需要选择一页置换时，则将选择其计数器值最小的页面，即内存中访问次数最少的页面进行淘汰。 ⑤ NUR页面置换算法
NUR要求为每个页面设置一位访问位（该访问位仍可使用页面结构中的counter表示），当某页被访问时，其访问位counter置为1。需要进行页面置换时，置换算法从替换指针开始（初始时指向第一个页面）顺序检查处于内存中的各个页面，如果其访问位为0，就选择该页换出，否则替换指针下移继续向下查找。如果内存中的所有页面扫描完毕未找到访问位为0的页面，则将替换指针重新指向第一个页面，同时将内
文案
标准
存中所有页面的访问位置0，当开始下一轮扫描时，便一定能找到counter为0的页面。 2、 在主函数中生成要求的指令序列，并将其转换成页地址流；在不同的内存容量下调用上述函数使其计算并输出相应的命中率。
环境语言：Linux下的GNU 编译环境 三、数据结构与模块说明
程序中用到的数据结构、类型定义及主要的函数原型如下： 1、 数据结构
（1） 页面结构 typedef struct{
int pn, pfn, counter, time; } pl_type ;
pl_type pl[total_vp];
其中pn为页面号（页号），pfn为页帧号（物理块号），counter为一个周期内访问该页面的次数，time为访问时间；pl[total_vp]为页面结构数组，由于共有320条指令，每页可装入10条指令，因此虚页长total_vp的值为32。
（2）页帧控制结构 struct pfc_struct{ int pn, pfn;
struct pfc_struct *next; };
typedef struct pfc_struct pfc_type;
pfc_type pfc[total_vp], *freepf_head, *busypf_head, *busypf_tail;
其中pfc[total_vp]定义用户进程的页帧控制结构数组，在该实验中，用户内存工作区是动态变化的，最多可达到用户进程的虚页数目，即32个物理块。
*freepf_head为空闲页帧头的指针 *busypf_head为忙页帧头的指针 *busypf_tail忙页帧尾的指针 2、 变量定义
(1) int a[total_instruction]: 指令流数组 (2) int diseffect: 页面失效次数
(3) int page[total_instruction]: 每条指令所属页面号
(4) int offset[total_instruction]: 每页装入10条指令后取模运算得出的页内偏移地址
文案
标准
(5) int total_pf: 用户进程的内存页帧数 3、 主要函数
(1) void initialize(int): 初始化函数
该函数主要对页面结构数组pl和页帧结构数组pfc进行初始化，如置页面结构中的页面号pn，初始化页帧号pfn为空，访问次数counter为0，访问时间time为-1；同样对页帧数组进行初始化，形成一个空闲页帧队列。
(2) void OPT(int): 计算使用最佳页面算法时的命中率
(3) void FIFO(int): 计算使用先进先出页面置换算法时的命中率 (4) void LRU(int): 计算使用最近最久未使用页面置换算法时的命中率 (5) void LFU(int): 计算使用最少使用置换算法时的命中率 (6) void NUR(int): 计算使用最近未使用置换算法时的命中率
四、主要算法的设计与实现
void FIFO(int total_pf) /*先进先出页面置换算法*/ {
int i,j;
pfc_type *p;
initialize(total_pf); busypf_head=busypf_tail=NULL;
for(i=0;i 文案 if(pl[page[i]].pfn==INVALID) /*页面失效*/ { diseffect=diseffect+1; if(freepf_head==NULL) /*无空闲页帧*/ { } p=freepf_head->next; //有空闲页帧 freepf_head->next=NULL; freepf_head->pn=page[i]; /* 将所需页面调入空闲页帧 */ pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn; p=busypf_head->next; pl[busypf_head->pn].pfn=INVALID; //将忙页帧队首页面作为换出页面 freepf_head=busypf_head; freepf_head->next=NULL; busypf_head=p; //忙页帧头指针后移 标准 if(busypf_tail==NULL) /* 若忙页帧队列为空，则将其头尾指针都指向刚调入页 面所在的页帧 */ busypf_head=busypf_tail=freepf_head; else{ //否则，将刚调入页面所在的页帧挂在忙页帧队列尾部 } freepf_head=p; //空闲页帧头指针后移 busypf_tail->next=freepf_head; busypf_tail=freepf_head; } } printf(\} void LRU(int total_pf) /*最近最久未使用页面置换算法*/ { int i,j; int min,minj,present_time; initialize(total_pf); present_time=0; for(i=0;i if(pl[page[i]].pfn==INVALID) /*页面失效*/ { diseffect++; if(freepf_head==NULL) /*无空闲页帧*/ { min=32767; for(j=0;j freepf_head=&pfc[pl[minj].pfn]; //腾出一个单元 pl[minj].pfn=INVALID; pl[minj].time=-1; freepf_head->next=NULL; if(min>pl[j].time && pl[j].pfn!=INVALID) { } min=pl[j].time; minj=j; 面*/ 文案 标准 } pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn; //有空闲页面,改为有效 pl[page[i]].time=present_time; //修改页面的访问时间 freepf_head=freepf_head->next; //减少一个free 页面 } else pl[page[i]].time=present_time; //命中则修改该单元的访问时间 present_time++; } printf(\} void NUR(int total_pf) /* 最近未使用页面置换算法 */ { int i,j,dp,cont_flag,old_dp; initialize(total_pf); dp=0; for(i=0;i if(pl[page[i]].pfn==INVALID) /*页面失效*/ { diseffect++; if(freepf_head==NULL) /*无空闲页帧*/ { cont_flag=TRUE; old_dp=dp; while(cont_flag) { if(pl[dp].counter==0&&pl[dp].pfn!=INVALID) cont_flag=FALSE; //找到位于内存且未被访问的页面 else { dp++; if(dp==total_vp) dp=0; //将替换指针重新指向第一个页面 if(dp==old_dp) {/* 若内存中所有页面扫描完毕未找到访问位为0的页面，将内存中 所有页面的访问位置0 */ 文案 for(j=0;j pl[j].counter=0;
操作系统存储管理系统实验报告材料
