东北大学操作系统实验4

操作系统实验报告

实验名称实验四：

页面置换算法

班级物联网1201班学号20124052

姓名李垠桥

一. 实验目的

进一步加深理解父子进程之间的关系及其并发执行，理解内存页面调度的机理，掌握页面置换算法及其实现方法，培养综合运用所学知识的能力。页面置换算法是虚拟存储管理实现的关键，通过本次试验理解内存页面调度的机制，在模拟实现FIFO、LRU等经典页面置换算法的基础上，理解虚拟存储实现的过程。将不同的置换算法放在不同的子进程中加以模拟，培养综合运用所学知识的能力。

二. 实验内容及要求

1. 实验内容

程序涉及一个父进程和两个子进程。父进程使用rand()函数随机产生若干随机数，经过处理后，存于一数组Acess_Series[]中，作为内存页面访问的序列。两个子进程根据这个访问序列，分别采用FIFO和LRU两种不同的页面置换算法对内存页面进行调度。

2. 实验要求

(1) 这是一个综合性实验，要求在掌握父子进程并发执行机制和内存页面置换算法的基础上，能综合运用这两方面的知识，自行、独立编制程序。

(2) 每个子进程应能反映出页面置换的过程，并统计页面置换算法的命中或缺页情况。设缺页的次数为diseffect。总的页面访问次数为total_instruction。则：

缺页率= disaffect/total_instruction

命中率= 1- disaffect/total_instruction

(3) 将为进程分配的内存页面数mframe作为程序的参数，通过多次运行程序，说明FIFO 算法存在的Belady现象。

三. 程序流程图

四. 程序源代码、文档注释及文字说明

1. 程序语言：c语言

2. 源代码：

#include

#include

#include

#include

#include

int main()

{

//初始化

int pageNum=0;

printf("请输入内存中页面数：\n");

scanf("%d",&pageNum);

printf("请输入访问次数：\n");

int times=0;

scanf("%d",×);

printf("是否随机生成访问页序号？（1为是，其他任意数字为否）\n");

int config=0;

scanf("%d",&config);

pid_t pid1;//子进程1 pid

pid_t pid2;//子进程2 pid

int access_series[times];

int i=0;

int fifoDomain[pageNum];

int fPlace=0;//fifoDomain中指针位置

int afPlace=0;//access_series中指针位置

int fhitNum=0;//命中次数

int lruDomain[pageNum];

int lPlace=0;//lruDomain中指针位置

int alPlace=0;//access_series中指针位置

int lhitNum=0;//命中次数

if(config==1)

{

srand((unsigned) time(NULL));

printf("序列：");

for(;i

{

int temp=rand();

access_series[i]=temp%10;

printf("%d",access_series[i]);

}

printf("\n");

}

else

{

printf("请输入%d个数字（0-9）\n",times);

int o=0;

for(;o

{

printf("第%d个数：",o+1);

scanf("%d",&access_series[o]);

}

printf("序列：");

for(o=0;o

{

printf("%d",access_series[o]);

}

printf("\n");

}

while((pid1=fork())<0)

{

printf("ERROR:生成子进程1失败！\n");

}

if(pid1==0)//当前为子进程1 FIFO

{

printf("生成了子进程1，PID：%d\n",getpid());

int j=0;

for(;afPlace

{

for(j=0;j

{

if(access_series[afPlace]==fifoDomain[j])

{

fhitNum++;

break;

}

}

if(j==fPlace)

{

if(fPlace==pageNum)

{

int m=0;

for(;m

{

fifoDomain[m]=fifoDomain[m+1];

}

fifoDomain[pageNum-1]=access_series[afPlace];

}

else

{

fifoDomain[fPlace]=access_series[afPlace];

fPlace++;

}

}

printf("FIFO:");

for(j=0;j

{

printf("%d,",fifoDomain[j]);

if(j==fPlace-1)

{

printf("\n");

}

}

}

printf("FIFO命中率为：%f\n",(fhitNum*1.0)/times);

exit(0);

}

else if(pid1>0)//当前为父进程

{

while((pid2=fork())<0)

{

printf("ERROR:生成子进程2失败！\n");

}

if(pid2==0)//当前为子进程2 LRU

{

printf("生成了子进程2，PID：%d\n",getpid());

int j=0;

for(;alPlace

{

for(j=0;j

{

if(access_series[alPlace]==lruDomain[j])

{

int temp;

int k;

temp=lruDomain[j];

for(k=j+1;k

{

lruDomain[k-1]=lruDomain[k];

}

lruDomain[lPlace-1]=temp;

lhitNum++;

break;

}

}

if(j==lPlace)

{

if(lPlace==pageNum)

{

int n=0;

for(;n

{

lruDomain[n]=lruDomain[n+1];

}

lruDomain[pageNum-1]=access_series[alPlace];

}

else

{

lruDomain[lPlace]=access_series[alPlace];

lPlace++;

}

}

printf("LRU:");

for(j=0;j

{

printf("%d,",lruDomain[j]);

if(j==lPlace-1)

{

printf("\n");

}

}

}

printf("LRU命中率为：%f\n",(lhitNum*1.0)/times);

exit(0);

}

else if(pid2>0)//当前为父进程

{

wait(0);//父进程进入阻塞状态，直到子进程执行结束

wait(0);

printf("当前为父进程，PID：%d\n",getpid());

}

}

return 0;

}

五. 运行结果及其说明

运行结果：

Belady现象：

页面数变大（由图形2变成图形1），FIFO命中率反而降低（由0.2500变为0.1667）

图形 1 页面数为4时FIFO运行截图

图形 2 页面数为3时FIFO运行截图

六. 程序使用说明

1. 本程序提供对内存中页面数的设置，如图1所示：

图形 3 请输入子进程数量

2. 本程序提供对访问次数的设置，如图2所示：

图形 4 设置访问次数

3. 本程序提供两种产生访问页序号的模式：随机生成和手动输入，随机生成模式如图3所示：

图形 5 随机生成模式

七. 问题

1. 父进程、子进程之间的并发执行过程。

(1) 父进程调用fork函数产生子进程1

(2) 父进程调用fork函数产生子进程2

(3) 父进程调用wait函数等待子进程结束

(4) 某一个子进程结束，激活父进程

(5) 父进程执行，调用wait函数等待剩余的子进程结束

(6) 另一个子进程结束，激活父进程

(7) 父进程执行，程序执行结束

2. 通过完成实验，根据你的体会，阐述虚拟存储器的原理。

虚拟存储器实际上是用来解决作业大而内存小的问题，他通过页面置换算法来提供远大于内存地址空间的地址范围，针对不同的程序将不同的数据页面读取到虚拟存储器中用来实现。

3. 写出FIFO算法中出现Belady现象的内存页面访问序列。

序列：123412512345

内存页面数为3时FIFO命中率为：0.25

内存页面数为4时FIFO命中率为：0.16667