实验3-页面调度算法

实验报告

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课程名称实验项目名称实验学时实验类型计算机操作系统页面调度算法 2 验证型

一、实验目的及要求

通过本实验可以加深理解有关虚拟存储器的工作原理，进一步体会和了解页面替换算法的具体实现方法。

二、实验环境

PC /Windows系统/Visual C++6.0

三、实验内容

①实现三种算法：先进先出；OPT；LRU

②页面序列从指定的文本文件（TXT文件）中取出

③输出：第一行：每次淘汰的页面号，第二行：显示缺页的总次数

四、实验步骤

1．先进先出(FIFO)置换算法的思路

该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。该算法实现简单，只需把一个进程已调入内存的页面，按照先后次序连接成一个队列，并设置一个替换指针，使它总指向最老的页面。

2．最近久未使用(LRU)置换算法的思路

最近久未使用置换算法的替换规则，是根据页面调入内存后的使用情况来进行决策的。该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间，当需淘汰一个页面的时候选择现有页面中其时间值最大的进行淘汰。

3.最佳（OPT）置换算法的思路

其所选择的被淘汰的页面，将是以后不使用的，或者是在未来时间内不再被访问的页面，采用最佳算法，通常可保证获得最低的缺页率。

4、流程图如下图所示：

五、调试过程 程序结构分析：

程序共有以下九个部分：

int findSpace(void);//查找是否有空闲内存

int findExist(int curpage);//查找内存中是否有该页面

开始 取一条指令

取指令中访问的页号=>L

查 页 表

页标记=1？

形成绝对地址

是“存”指令？

置L 页修改标记“1”

输出绝对地址

输出“*页号”

有后继指令？

取一条指令

结 束

J:=P[k]

J 页的修改标记

输出“OUTj ”

输出“INL ”

P[k]:=L k:=(k+1) mod m

修改页面

是

否

是 否

否（产生缺页中断）

是

否

int findReplace(void);//查找应予置换的页面

void display(void);//显示

void FIFO(void);//FIFO算法

void LRU(void);//LRU算法

void OPT(void);//OPT算法；

void BlockClear(void);//BLOCK清空，以便用另一种方法重新演示int main() //主程序

六、实验结果及分析

程序源代码：

#include

#define Bsize 3

#define Psize 20

struct pageInfor

{

int content;//页面号

int timer;//被访问标记

};

class PRA

{

public:

PRA(void);

int findSpace(void);//查找是否有空闲内存

int findExist(int curpage);//查找内存中是否有该页面

int findReplace(void);//查找应予置换的页面

void display(void);//显示

void FIFO(void);//FIFO算法

void LRU(void);//LRU算法

void Optimal(void);//OPTIMAL算法

void BlockClear(void);//BLOCK恢复

pageInfor * block;//物理块

pageInfor * page;//页面号串

private:

};

PRA::PRA(void)

{

int QString[20]={7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1};

block = new pageInfor[Bsize];

for(int i=0; i

{

block[i].content = -1;

block[i].timer = 0;

}

page = new pageInfor[Psize];

for(i=0; i

{

page[i].content = QString[i];

page[i].timer = 0;

}

}

int PRA::findSpace(void)

{

for(int i=0; i

if(block[i].content == -1)

return i;//找到空闲内存，返回BLOCK中位置return -1;

}

int PRA::findExist(int curpage)

{

for(int i=0; i

if(block[i].content == page[curpage].content)

return i;//找到内存中有该页面，返回BLOCK中位置

return -1;

}

int PRA::findReplace(void)

{

int pos = 0;

for(int i=0; i

if(block[i].timer >= block[pos].timer)

pos = i;//找到应予置换页面，返回BLOCK中位置return pos;

}

void PRA::display(void)

{

for(int i=0; i

if(block[i].content != -1)

cout<

}

void PRA::Optimal(void)

{

int exist,space,position ;

for(int i=0; i

{

exist = findExist(i);

if(exist != -1)

{ cout<<"不缺页"<

else

{

space = findSpace();

if(space != -1)

{

block[space] = page[i];

display();

}

else

{

for(int k=0; k

for(int j=i; j

{

if(block[k].content != page[j].content)

{ block[k].timer = 1000; }//将来不会用，设置TIMER为一个很大数else

{

block[k].timer = j;

break;

}

}

position = findReplace();

block[position] = page[i];

display();

}

}

}

}

void PRA::LRU(void)

{

int exist,space,position ;

for(int i=0; i

{

exist = findExist(i);

if(exist != -1)

{

cout<<"不缺页"<

block[exist].timer = -1;//恢复存在的并刚访问过的BLOCK中页面TIMER为-1

}

else

{

space = findSpace();

if(space != -1)

{

block[space] = page[i];

display();

}

else

{

position = findReplace();

block[position] = page[i];

display();

}

}

for(int j=0; j

block[j].timer++;

}

}

void PRA::FIFO(void)

{

int exist,space,position ;

for(int i=0; i

{

exist = findExist(i);

if(exist != -1)

{cout<<"不缺页"<

else

{

space = findSpace();

if(space != -1)

{

block[space] = page[i];

display();

}

else

{

position = findReplace();

block[position] = page[i];

display();

}

}

for(int j=0; j

block[j].timer++;//BLOCK中所有页面TIMER++ }

}

void PRA::BlockClear(void)

{

for(int i=0; i

{

block[i].content = -1;

block[i].timer = 0;

}

}

void main(void)

{

cout<<"|----------页面置换算法----------|"<

cout<<"|---power by kangyan(1318064008)---|"<

cout<<"|-------------------------------------|"<

cout<<"页面号引用串:7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1"<

cout<<"选择<1>应用Optimal算法"<

cout<<"选择<2>应用FIFO算法"<

cout<<"选择<3>应用LRU算法"<

cout<<"选择<0>退出"<

int select;

PRA test;

while(select)

{

cin>>select;

switch(select)

{

case 0:

break;

case 1:

cout<<"Optimal算法结果如下:"<

test.Optimal();

test.BlockClear();

cout<<"----------------------"<

break;

case 2:

cout<<"FIFO算法结果如下:"<

test.FIFO();

test.BlockClear();

cout<<"----------------------"<

break;

case 3:

cout<<"LRU算法结果如下:"<

test.LRU();

test.BlockClear();

cout<<"----------------------"<

break;

default:

cout<<"请输入正确功能号"<

break;

}

}

}

实验截图如下图所示：

<—键入1选择运

行LRU算法的置换<—初始化信息：3

个页块，20个页面号引用串

<—存入前三个页，有空闲内存，无需置换

<—3，4页已经在内存中无需再写入<—因为3是最久的页面所以将其置换

下面原理相同<—所有命中的页面数

<—命中率0.5

七、总结

页面置换算法的思想可以说比较简单，易懂，但是在实现的时候，也遇到了很多的问题，比如说在找空闲物理块的时候，起初我是比较物理块是否等于0，若为0，则直接把页面放入，后来发现不论什么时候都是把0替换出去，才恍然大悟，既然页面标号有0，就不能用0来表示空闲物理块，后来就换成用-1来表示物理块空闲了。

通过编写本实验，不仅理解了OS中页面置换算法，也锻炼编程能力，编程过程中会遇到些小问题，可以通过各种途径解决，另外，编程之前要做好整体规划，最好写出来，把各个模块的功能和主要变量都写成文档，这样效率很高。