实验4 内存管理资料讲解

实验4内存管理

实验4 内存管理

学校：FJUT 学号：3131903229 班级：计算机1302 姓名：姜峰

注：其中LFU和NRU算法运行结果可能与其他人不同，只是实现方式不同，基本思路符合就可以。

一. 实验学时与类型

学时：2，课外学时：自定

实验类型：设计性实验

二. 实验目的

模拟实现请求页式存储管理中常用页面置换算法，理会操作系统对内存的调度管理。

三. 实验内容

要求：各算法要给出详细流程图以及执行结果截图。

假设有一程序某次运行访问的页面依次是：

0,1,2,4,3,4,5,1,2,5,1,2,3,4,5,6，请给出采用下列各页面置换算法时页面的换进换出情况，并计算各调度算法的命中率（命中率=非缺页次数/总访问次数），初始物理内存为空，物理内存可在4～20页中选择。

(1) FIFO：最先进入的页被淘汰；

(2) LRU：最近最少使用的页被淘汰；

(3) OPT：最不常用的页被淘汰；(选做)

(4) LFU：访问次数最少的页被淘汰(LFU)。(选做)

源代码：

#include

#include

#include

#include

#define MAXNUM 100

struct Phy_Memory{ //定义一个物理内存结构体

char Page;

int time;

};

char *OutPut;

struct Phy_Memory *Phy_Page;

void Print(char *PageStr,int Phy_PageNum,int absence){ //打印图解函数

int i,j;

for(i=0;i

for(i=0;i

for(i=0;i

for(j=0;j

printf("%c ",*(OutPut+i*strlen(PageStr)+j));

}

printf("\n");

}

printf("缺页数为:%d\n",absence);

printf("总访问次数为:%d\n",strlen(PageStr));

printf("缺页率为%.2f\n",(double)absence/strlen(PageStr));

}

int IsExist(char *Temp,int Phy_PageNum){ //判断某页面是否存在于物理内存中

int i;

for(i=0;iPage!=*Temp;i++);

if(i

return 0;

}

void FIFO(char *PageStr,int Phy_PageNum){ //利用时间计数器方式，还可以用栈来实现

char *Temp=PageStr; //定义Temp指针指向PageStr首地址

int i,num,location,absence=0;

int Flag=0; //定义一个标记变量，标记插入位置

while(*Temp!='\0'){ //页面未访问完

num=0;

if(Flag

if(!IsExist(Temp,Flag)){ //若此页面未被访问

(Phy_Page+Flag)->Page=*Temp;

Flag++;absence++;

}

}

else{ //若物理内存已满

if(!IsExist(Temp,Phy_PageNum)){ //若此页面未被访问

for(i=0;i

if(num<(Phy_Page+i)->time){

location=i;num=(Phy_Page+i)->time;

}

}

(Phy_Page+location)->Page=*Temp;

(Phy_Page+location)->time=0;

absence++;

}

}

for(i=0;i

(Phy_Page+i)->time++;

*(OutPut+i*strlen(PageStr)+(Temp-PageStr))=(Phy_Page+i)->Page;

}

Temp++;

}

Print(PageStr,Phy_PageNum,absence);

}

void LRU(char *PageStr,int Phy_PageNum){ //依旧利用计数器方式，也可用栈来实现

char *Temp=PageStr; //定义Temp指针指向PageStr首地址

int i,num,location,absence=0;

int Flag=0; //定义一个标记变量，标记插入位置

while(*Temp!='\0'){ //页面未访问完

num=0;

if(Flag

if(location=IsExist(Temp,Phy_PageNum)){ //若此页面已被访问 (Phy_Page+location-1)->time=0;

}

else{ //若此页面未被访问

(Phy_Page+Flag)->Page=*Temp;

Flag++;absence++;

}

}

else{ //若物理内存已满

if(location=IsExist(Temp,Phy_PageNum)){ //若此页面已被访问 (Phy_Page+location-1)->time=0;

}

else{ //若此页面未被访问

for(i=0;i

if(num<(Phy_Page+i)->time){

location=i;num=(Phy_Page+i)->time;

}

}

(Phy_Page+location)->Page=*Temp;

(Phy_Page+location)->time=0;

absence++;

}

}

for(i=0;itime++;

*(OutPut+i*strlen(PageStr)+(Temp-PageStr))=(Phy_Page+i)->Page; }

Temp++;

}

Print(PageStr,Phy_PageNum,absence );

}

int Distance(char *PageStr,char *Temp,char Now){ //计算距离函数（OPT算法中使用）

int i;

for(i=1;*(Temp+i)!='\0'&&*(Temp+i)!=Now;i++);

if(*(Temp+i)!='\0')return i;

return INT_MAX;

}

void OPT(char *PageStr,int Phy_PageNum){ //实际中无法实现，知道访问串后顺序遍历

char *Temp=PageStr; //定义Temp指针指向PageStr首地址

int i,num,Size,location,absence=0;

int Flag=0; //定义一个标记变量，标记插入位置

while(*Temp!='\0'){ //页面未访问完

num=0;

if(Flag

if(!IsExist(Temp,Flag)){ //若此页面未被访问

(Phy_Page+Flag)->Page=*Temp;

Flag++;absence++;

}

}

else{ //若物理内存已满

if(!IsExist(Temp,Phy_PageNum)){ //若此页面未被访问

for(i=0;i

Size=Distance(PageStr,Temp,(Phy_Page+i)->Page); //调用distance 函数返回值为与当前位置物理页面相同页号的距离

if(num

location=i;num=Size;

}

}

(Phy_Page+location)->Page=*Temp;absence++;

}

}

for(i=0;i

*(OutPut+i*strlen(PageStr)+(Temp-PageStr))=(Phy_Page+i)->Page;

Temp++;

}

Print(PageStr,Phy_PageNum,absence);

}

char *Create(char *PageStr){ //根据访问串建立计数字符数组（LFU算法使用）

int i,j,Size,Num=0;

char *Temp1,*Temp2;

int length=strlen(PageStr);

char *NowPage=(char *)malloc(length);

for(i=0;i

Temp1 = Temp2 = NowPage;

while((Temp1-NowPage)<=length+1){ //去除访问串中重复串

if(*Temp1!='\0'){

for(Temp2=Temp1+1;(Temp2-NowPage)<=length+1;Temp2++){

if(*Temp1==*Temp2){

*Temp2='\0';Num++;

}

}

}

Temp1++;

}

Size=length-Num;

char *Count=(char *)malloc(Size*2);

for(i=0;i

if(*(NowPage+i)!='\0'){

*(Count+Size-1)=*(NowPage+i);

Size--;

}

}

Size=length-Num;

for(i=Size;i<2*Size;i++){ //计数位置零

*(Count+i)='0';

}

return Count;

}

void Add(char *Ptr,char Str,int Size){ //相应计数器加一（LFU算法使用）

int i;

for(i=0;*(Ptr+i)!=Str;i++);

*(Ptr+i+Size)+=1;

}

int Find(char *Ptr,char Str,int Size){ //在计数器中找到相应页面并返回其计数值（LFU算法使用）

int i;

for(i=0;*(Ptr+i)!=Str;i++);

return (*(Ptr+i+Size)-'0');

}

void Zero( char *Ptr, int Size ){ //将所有计数器清零（LFU算法使用）

int i;

for(i=Size;i<2*Size;i++) *(Ptr+i)='0';

}

void LFU(char *PageStr,int Phy_PageNum){ //对每一页面设置一个计数器，每次选出最小的淘汰

char *Temp=PageStr; //定义Temp指针指向PageStr首地址

char *Count=Create(PageStr);

int i,Size,time,num,location,absence=0;

int Flag=0; //定义一个标记变量，标记插入位置

Size=strlen(Count)/2;

while(*Temp!='\0'){ //页面未访问完

num=INT_MAX;

if(Flag

if(location=IsExist(Temp,Phy_PageNum)){ //若此页面已被访问

Add(Count,(Phy_Page+location-1)->Page,Size);

}

else{ //若此页面未被访问

(Phy_Page+Flag)->Page=*Temp;

Flag++;absence++;

}

}

else{ //若物理内存已满

if(location=IsExist(Temp,Phy_PageNum)){ //若此页面已被访问 Add(Count,(Phy_Page+location-1)->Page,Size);

}

else{ //若此页面未被访问

for(i=0;i

time=Find(Count,(Phy_Page+i)->Page,Size);

if(num>time){

location=i;num=time;

}

}

(Phy_Page+location)->Page=*Temp;

Zero(Count,Size);

absence++;

}

}

for(i=0;i

*(OutPut+i*strlen(PageStr)+(Temp-PageStr))=(Phy_Page+i)->Page; Temp++;

int j; //打印每次访问后的计数器值

for(i=0;i<2;i++){

for(j=0;j

printf("%c ",*(Count+i*Size+j));

printf("\n");

}

printf("\n");

}

Print(PageStr,Phy_PageNum,absence);

}

void NRU(char *PageStr,int Phy_PageNum){ //对每个物理页设置一个标识（0/1），用指针循环访问淘汰标识为零的页面

char *Temp=PageStr; //定义Temp指针指向PageStr首地址

int i,location,absence=0;

int Flag=0; //定义一个标记变量，标记插入位置

struct Phy_Memory *Clock = Phy_Page; //定义一个结构体指针指向物理内存首地址

while(*Temp!='\0'){ //页面未访问完

if(Flag

if(location=IsExist(Temp,Phy_PageNum)){ //若此页面已被访问

(Phy_Page+location-1)->time=1;

}

else{ //若此页面未被访问

(Phy_Page+Flag)->Page=*Temp;

(Phy_Page+Flag)->time=1;

Flag++;absence++;Clock++;

if((Clock-Phy_Page)>=Phy_PageNum) Clock=Phy_Page;

}

}

else{ //若物理内存已满

if(location=IsExist(Temp,Phy_PageNum)){ //若此页面已被访问

(Phy_Page+location-1)->time=1;

}

else{ //若此页面未被访问

while(Clock->time){

Clock->time=0;Clock++;

if((Clock-Phy_Page)>=Phy_PageNum) Clock=Phy_Page;

}

Clock->Page=*Temp;

Clock->time=1;Clock++;

if((Clock-Phy_Page)>=Phy_PageNum) Clock=Phy_Page;

absence++;

}

}

for(i=0;i

*(OutPut+i*strlen(PageStr)+(Temp-PageStr))=(Phy_Page+i)->Page;

}

Temp++;

}

Print(PageStr,Phy_PageNum,absence );

}

int main(){

char *Str;int i,n,Num;

Str=(char*)malloc(MAXNUM);

printf("输入程序运行时访问的页面次序以及物理内存的分页数:\n");

scanf("%s%d",Str,&Num);

Phy_Page=(struct Phy_Memory*)malloc(Num*sizeof(struct Phy_Memory)); //初始化物理内存结构体

OutPut=(char*)malloc(Num*strlen(Str));

for(i=0;itime=0;

printf("选择置换算法:\n1.FIFO 2.LRU 3.OPT 4.LFU 5.NRU\n");

scanf("%d",&n);

switch (n){

case 1:printf("\n以下为FIFO算法图解:\n");FIFO(Str,Num);break;

case 2:printf("\n以下为LRU算法图解:\n");LRU(Str,Num);break;

case 3:printf("\n以下为OPT算法图解:\n");OPT(Str,Num);break;

case 4:printf("\n以下为LFU算法图解:\n各时期计数器如

下:\n");LFU(Str,Num);break;

case 5:printf("\n以下为NRU算法图解:\n");NRU(Str,Num);break;

}

free(Phy_Page);free(OutPut);

return 0;

}

注：这里只对分页数为4进行运行截图