请求分页存储管理

实验3 请求分页存储管理实验目的（1）熟悉主存的分配与回收；（2）了解虚拟存储技术的特点；（3）掌握请求页式存储管理的页面置换算法；实验内容与步骤1、实验准备知识(1) 通过随机数产生一个指令序列(2) 将指令序列变换成为页地址流设：(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）；(4)所涉及的算法1）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。

2）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。

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。

3）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。

2、实验步骤（1）首先，初始化数据（2）测试地址转换机构参考代码如下：private void AddressTransform(string functionName){//该数组用来存储调用页面号的序列int[] numbers = _pageNumbers;//调用页面列表的副本，用于循环调用列表时的操作List<PageTableEntry> copyInvokeTable = new List<PageTableEntry>();//初始化调用页表和快表for (int i = 0; i < numbers.Length; i++){var entry = new PageTableEntry { PageNumber = numbers[i], BlockNumber = numbers[i] + 1 };//形成页面部分在快表的情况，规定：页面号为偶数的在快表中有记录if (i % 2 == 0){entry.IsInMemory = true;fastTable.Add(new FastTable { PageNumber = entry.PageNumber, BlockNumber = entry.BlockNumber });}else{entry.IsInMemory = false;}entry.VisitTimes = 0;entry.IsModified = false;entry.DiskPosition = _minBlockNumber;invokePage.Add(entry);copyInvokeTable.Add(entry);}//输出TextBoxSwitchTxtToShow(functionName, "当前内存最小物理块数为：" +_minBlockNumber.ToString() + ",可用物理块数为：" + _minBlockNumber.ToString() + "\r\n开始进行页面调度：");//进行地址变换流程，从调用列表第一个页面开始调度，循环的是copyInvokeTable，每循环一次对invokePage 原本进行移除操作foreach (var item in copyInvokeTable){//判断functionName对应的算法是否执行过了，如果有执行过，则mark>0，跳出循环结束页面调度if (_mark > 0){break;}SwitchTxtToShow(functionName, "\r\n当前调度的页面号为：" +item.PageNumber.ToString());//页号>页表长度？if (item.PageNumber > _pageTable.Length){SwitchTxtToShow(functionName, "越界中断");}else{//查询快表for (int i = 0; i < fastTable.Count; i++){//页表项在快表中？if (fastTable[i].PageNumber == item.PageNumber &&fastTable[i].BlockNumber == item.BlockNumber){SwitchTxtToShow(functionName, "\r\n当前页面存在快表中，修改访问位和修改位");//修改访问位和修改位item.IsModified = false;item.VisitTimes += 1;//形成物理地址，在本程序中无太大作用，故不作编写//判断内存是否满if (_isMemoryFull >= _memoryPages.Length){SwitchTxtToShow(functionName, "\r\n内存已满，选择" + functionName + "算法进行页面调度和置换");//选择一页换出，置换算法switch (functionName){case"Optimal":Optimal(invokePage);break;case"FIFO":FIFO(invokePage);break;case"LRU":List<int> pn = numbers.ToList();LRU(invokePage, pn);break;}}else{SwitchTxtToShow(functionName, "\r\n内存未满，将该页调入内存");for (int m = 0; m < _memoryPages.Length; m++){if (_memoryPages[m] == null){_isMemoryFull++;_memoryPages[m] = new PageTableEntry{ PageNumber = item.PageNumber, BlockNumber = item.BlockNumber };break;}}//将该页调入内存后，调用的页表减一if (invokePage != null){//操作invokePage-1，因为在foreach中如果循环的是invokePage本体，则在这里修改了invokePage的值之后，下一次循环无法调用，会出现异常，所以定义了一个copyInvokePage副本专门用来循环invokePage.Remove(item);SwitchTxtToShow(functionName, "\r\n当前内存页面为：");ShowMemory(functionName);}break;}}else{SwitchTxtToShow(functionName, "\r\n该调度页面不在快表中，查询页表");//访问页表for (int p = 0; p < _pageTable.Length; p++){if (item.PageNumber == _pageTable[p].PageNumber){//页在内存？if (_pageTable[p].IsInMemory){SwitchTxtToShow(functionName, "\r\n修改快表");//修改块表fastTable.RemoveAt(fastTable.Count - 1);fastTable.Add(new FastTable{PageNumber = _pageTable[p].PageNumber,BlockNumber = _pageTable[p].BlockNumber});//修改访问位和修改位item.IsModified = false;item.VisitTimes += 1;//判断内存是否满if (_isMemoryFull >= _memoryPages.Length){SwitchTxtToShow(functionName, "\r\n内存已满，选择" + functionName + "算法进行页面调度和置换");//选择一页换出，置换算法switch (functionName){case"Optimal":Optimal(invokePage);break;case"FIFO":FIFO(invokePage);break;case"LRU":List<int> pn = numbers.ToList();LRU(invokePage, pn);break;}}else{SwitchTxtToShow(functionName, "\r\n内存未满，将该页调入内存");for (int m = 0; m < _memoryPages.Length; m++) {if (_memoryPages[m] == null){_isMemoryFull++;_memoryPages[m] = new PageTableEntry { PageNumber = item.PageNumber, BlockNumber = item.BlockNumber };break;}}//调用的页表减一if (invokePage != null){invokePage.Remove(item);SwitchTxtToShow(functionName, "\r\n当前内存页为：");ShowMemory(functionName);}}}//页不在内存中，产生缺页中断，请求调页else{SwitchTxtToShow(functionName, "\r\n该页不在内存中，产生缺页中断，请求调页");//在外存中找到缺页PageTableEntry p1 = _pageTable[p];//内存满否？if (_isMemoryFull >= _memoryPages.Length){SwitchTxtToShow(functionName, "\r\n内存已满，选择" + functionName + "算法进行页面调度和置换");//选择一页换出，置换算法switch (functionName){case"Optimal":Optimal(invokePage);break;case"FIFO":FIFO(invokePage);break;case"LRU":List<int> pn = numbers.ToList();LRU(invokePage, pn);break;}}else{//换入内存,修改页表p1.IsInMemory = true;_pageTable[p] = p1;if (_isMemoryFull >= _memoryPages.Length){SwitchTxtToShow(functionName, "\r\n内存已满，选择" + functionName + "算法进行页面调度和置换");//选择一页换出，置换算法switch (functionName){case"Optimal":Optimal(invokePage);break;case"FIFO":FIFO(invokePage);break;case"LRU":List<int> pn = numbers.ToList(); LRU(invokePage, pn);break;}}else{SwitchTxtToShow(functionName, "\r\n内存未满，调入该页，当前内存页面为：");for (int m = 0; m < _memoryPages.Length; m++){if (_memoryPages[m] == null) {_isMemoryFull++;_memoryPages[m] = p1;break;}}//调用的页表减一if (invokePage != null){invokePage.Remove(item);ShowMemory(functionName);}}}}break;}}break;}}}}}（3）测试先进先出算法 FIFO，并计算缺页率，参考代码如下：private void FIFO(List<PageTableEntry> invokePageFifo){//标志位，只要这个算法有被执行，mark自增一次_mark++;//内存页面的下标，从0开始，从第一个开始替换int memoryNumber = 0;//统计当前调用页面和内存中各个页面的不相等数int unEquar = 0;//开始循环调用页面列表for (int i = 0; i < invokePageFifo.Count; i++){txtFIFOShow.Text += "\r\n调入页面" + invokePageFifo[i].PageNumber.ToString();//循环判断内存总的页面和该调用页面是否相等foreach (var item in _memoryPages){if (item.PageNumber != invokePageFifo[i].PageNumber){unEquar++;}}//只要内存中有一个页面和该调用页面不相等if (unEquar >= _minBlockNumber){//进行页面置换invokePageFifo[i].IsInMemory = true;_memoryPages[memoryNumber] = invokePageFifo[i];//内存下标自增，表示下一次将要置换的页面的下标memoryNumber++;if (memoryNumber >= _minBlockNumber){memoryNumber = 0;}//统计的变量自增_replaceTimes++;_lacePageNumber++;//显示当前内存信息txtFIFOShow.Text += "\r\n当前内存页面为：";ShowMemory("FIFO");}else{txtFIFOShow.Text += "\r\n当前内存页面为：";ShowMemory("FIFO");}unEquar = 0;}txtFIFOShow.Text += "\r\n调度结束";//将一些数据恢复默认_lacePageChance = _lacePageNumber / 20.00;_isMemoryFull = 0;_pageNumbers = new int[20] { 7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, 1 };ShowResult("FIFO");}（4）测试最佳置换算法 Optimal，参考代码如下：private void Optimal(List<PageTableEntry> invokePageOptimal){_mark++;int unEquar = 0;//记录内存中页面在页号数组中出现的最大的下标，也就是该下标就是调用页表中最晚才会被用到的页面，是要替换出去的页面//该集合中存储的是未被调用的页面号，已经被调用的页面号不作存储var numbers = new List<int>();//初始化页号数组for (int i = 0; i < invokePageOptimal.Count; i++){numbers.Add(invokePageOptimal[i].PageNumber);}//循环置换页面for (int i = 0; i < invokePageOptimal.Count; i++){int location = 0;//记录某个内存页面和页号数组对比时的不相等数int isFullError = 0;//当某个内存页面不存在页号数组中时，记录该内存页面的下标int fullErrorLocation = 0;txtOptimalShow.Text += "\r\n调入页面" + invokePageOptimal[i].PageNumber.ToString();foreach (var item in _memoryPages){if (item.PageNumber != invokePageOptimal[i].PageNumber){unEquar++;}}//如果内存中的页面和调用的页面号都不相等，则进行页面置换if (unEquar >= _minBlockNumber){//循环页号数组，判断内存中的页面号是否和页号数组中的页号是否相等for (int a = 0; a < _memoryPages.Length; a++){//循环内存中的页面，页号数组和内存页面的页面号作对比for (int n = 0; n < numbers.Count; n++){//如果内存中页面号等于页号数组则记录下该页号的下标，并与上一个页号下标作比较，将比较大的值存入locationif (_memoryPages[a].PageNumber == numbers[n]){if (n >= location){location = n;}break;}//如果内存中的该页面在页号数组中没有找到，isFullError自增 else{isFullError++;}//当isFullError大于或者等于页号数组的数量时，说明该内存页面在页号数组中不存在，记录该内存页面的下标，准备将其置换出if (isFullError >= numbers.Count){fullErrorLocation = a;break;}}if (isFullError >= numbers.Count){break;}else{isFullError = 0;}}//location表示内存页面中，谁在调用页表中最靠后的位置的下标//拿到内存中要置换出去的页面号if (isFullError >= numbers.Count){_memoryPages[fullErrorLocation] = invokePageOptimal[i]; _replaceTimes++;_lacePageNumber++;txtOptimalShow.Text += "\r\n当前内存页面为：";ShowMemory("Optimal");}else{int pageNum = numbers[location];//将该内存页面换出txtOptimalShow.Text += "\r\n当前内存页面为：";for (int p = 0; p < _memoryPages.Length; p++){if (_memoryPages[p].PageNumber == pageNum){_memoryPages[p] = invokePageOptimal[i];_replaceTimes++;_lacePageNumber++;break;}}ShowMemory("Optimal");}//将已经调用完的页面号从页号数组中移除numbers.RemoveAt(0);}//跳出本循环，将页号列表的第一个数移除else{txtOptimalShow.Text += "\r\n当前内存页面为：";ShowMemory("Optimal");numbers.RemoveAt(0);}unEquar = 0;}txtOptimalShow.Text += "\r\n调度结束";_lacePageChance = _lacePageNumber / 20.00;_isMemoryFull = 0;_pageNumbers = new int[20] { 7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, 1 };ShowResult("Optimal");}（5）测试最近最久未使用算法 LRU，参考代码如下：private void LRU(List<PageTableEntry> invokePageLru, List<int> pageNumbersLru){_mark++;int unEquar = 0;//初始化前部调用页表号的数组，已经调用的页号才被存储List<int> partPageNumbers = new List<int>();for (int i = 0; i < _minBlockNumber; i++){partPageNumbers.Add(pageNumbersLru[i]);}//循环调用页表for (int i = 0; i < invokePageLru.Count; i++){//判断内存中的页面和该调用列表是否都不相等foreach (var item in _memoryPages){if (item.PageNumber != invokePageLru[i].PageNumber){unEquar++;}}//如果都不相等，进行置换，否则调用下一个需要调度的页面if (unEquar >= _minBlockNumber){txtLRUShow.Text += "\r\n调入页面" + invokePageLru[i].PageNumber.ToString();//计算内存中每个页面在前部页表数组中最后出现的位置int l = 0;//位置标识//循环前部调用页表数组for (int m = 0; m < _memoryPages.Length; m++){//判断内存中每个页面在该数组中出现的位置，并与上一个位置比较，将比较小的存储for (int p = 0; p < partPageNumbers.Count; p++){if (_memoryPages[m].PageNumber == partPageNumbers[p]){if (p > l){l = p;}//用VisitTimes记录下该内存页面在前部页号数组中的位置_memoryPages[m].VisitTimes = p;}}}//得到的内存页表中，每一个页面在前部页表数组中中最后出现的位置都已经记录好//循环内存中的页面，找出在前部页表数组中第一个出现的一个并将其替换//默认替换的页面时内存中的第一个页面PageTableEntry lastPage = _memoryPages[0];for (int j = 1; j < _memoryPages.Length; j++){//比较出现的位置，将比较靠前的记录在lastPage中if (lastPage.VisitTimes > _memoryPages[j].VisitTimes){lastPage = _memoryPages[j];}}//得到最后出现的页面后，将其置换for (int j = 0; j < _memoryPages.Length; j++){if (_memoryPages[j].PageNumber == lastPage.PageNumber){_memoryPages[j] = invokePageLru[i];_replaceTimes++;_lacePageNumber++;partPageNumbers.Add(invokePage[i].PageNumber);txtLRUShow.Text += "\r\n当前内存页面为：";ShowMemory("LRU");break;}}}else{txtLRUShow.Text += "\r\n调用页面" + invokePageLru[i].PageNumber.ToString();txtLRUShow.Text += "\r\n当前内存页面为：";ShowMemory("LRU");//将已经调用完的页面号加入前部页面数组中partPageNumbers.Add(invokePageLru[i].PageNumber);}unEquar = 0;}txtLRUShow.Text += "\r\n调度结束";_lacePageChance = _lacePageNumber / 20.00;_isMemoryFull = 0;_pageNumbers = new int[20] { 7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, 1 };ShowResult("LRU");}。