闽南师范大学操作系统课程设计内存LRU页面置换算法的设计
内存置换算法课程设计
内存置换算法课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解内存置换算法的基本概念、原理和实现方法，掌握几种常见的内存置换算法，培养学生运用算法解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：a.掌握内存置换算法的定义、作用和分类；b.理解先进先出置换算法（FIFO）、最近最少使用置换算法（LRU）、最优置换算法（OPT）的基本原理；c.掌握几种常见置换算法的实现和优缺点。
2.技能目标：a.能够运用内存置换算法解决实际问题，如页面置换、缓冲区管理等；b.能够比较和评估不同内存置换算法的性能；c.能够编写简单的内存置换算法程序。
3.情感态度价值观目标：a.培养学生对计算机科学和算法的兴趣和好奇心；b.培养学生独立思考、解决问题的能力；c.培养学生团队协作、交流分享的良好习惯。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括内存置换算法的基本概念、原理和实现方法。
具体安排如下：1.内存置换算法的定义、作用和分类；2.先进先出置换算法（FIFO）的原理和实现；3.最近最少使用置换算法（LRU）的原理和实现；4.最优置换算法（OPT）的原理和实现；5.常见置换算法的比较和评估；6.内存置换算法在实际问题中的应用。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。
具体应用如下：1.讲授法：用于讲解内存置换算法的基本概念、原理和实现方法；2.讨论法：用于引导学生探讨不同内存置换算法的优缺点及适用场景；3.案例分析法：用于分析实际问题，让学生学会运用内存置换算法解决问题；4.实验法：让学生通过编写程序，动手实现内存置换算法，提高实际操作能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：《计算机操作系统》、《算法导论》等相关书籍；2.参考书：提供相关论文、资料，以便学生深入研究；3.多媒体资料：制作课件、视频等，以便于讲解和演示；4.实验设备：提供计算机实验室，让学生动手实践。
LRU页面置换算法的设计实验报告
return-1;
}
intfindReplace(intBsize)
{//查找应予置换的页面
intpos = 0;
for(inti=0; i<Bsize; i++)
if(block[i].timer >= block[pos].timer)
for(i=0;i<20;i++)
{
QString[i] = rand()%10 ;
}
cout<<"页面号引用串: ";
for(i=0;i<20;i++)
{
cout<<QString[i]<<" ";
}
cout<<endl<<"------------------------------------------------------"<<endl;
四、实验结果（含程序、数据记录及分析和实验总结等）
#include<iostream>
#include<string>
#include<stdlib.h>
#include<ctime>
usingnamespacestd;
constintBsize=10;
constintPsize=20;
structp
Bsize = 3;
Init(QString,Bsize);
cout<<"LRU算法结果如下:<<endl;
操作系统课程设计--一级页面置换算法设计
操作系统课程设计--一级页面置换算法设
计
在操作系统的课程设计中，页面置换算法是一个重要的主题。
在这个设计中，我们将着重讨论一级页面置换算法设计。
一级页面置换算法是一种最基础的页面置换算法，也是最简单和最容易实现的算法之一。
一级页面置换算法
一级页面置换算法只维护一个页面队列，并采用先进先出（FIFO）的策略。
当需要置换一个页面时，选择在队列中最先进入的页面进行置换。
这种算法非常简单，只需要一个队列来维护当前已经进入主存的页面即可。
虽然一级页面置换算法非常简单，但是在某些情况下，它会导致较差的性能。
例如，当一个程序的工作集超出了队列的大小时，一级页面置换算法将导致大量的缺页中断，从而降低系统性能。
一级页面置换算法的实现
在进行一级页面置换算法的实现时，我们需要实现以下功能：
1. 页面入队：当一个页面被访问时，在内存中没有它的副本时，该页面需要被加入队列。
2. 页面出队：当需要进行页面置换时，队列中最先进入的页面
需要被出队，并从物理内存中移除。
3. 页面访问：当访问一个页面时，需要查找该页面是否已经在
队列中，如果在队列中，则不进行任何操作。
如果不在队列中，则
需要将该页面入队。
结论
一级页面置换算法虽然简单，但是在一些情况下会导致较差的
性能。
对于更为复杂的程序，需要采用更为高级的页面置换算法，
以提高系统性能。
操作系统课程设计报告--页面置换算法模拟程序设计
操作系统课程设计报告题目：页面置换算法模拟程序设计专业：软件工程院系：信息管理学院目录第一部分概述第二部分设计的基本概念和原理第三部分总体设计3.1算法流程图3.2算法的简要实现方法3.2.1 OPT页面置换算法3.2.2 FIFO页面置换算法3.2.3 LRU页面置换算法3.2.4 LFU页面置换算法第四部分详细设计4.1 main函数4.2 OPT函数4.2 FIFO函数4.3 LRU函数4.5 LFU函数4.6辅助函数4.6.1 Designer函数4.6.2 mDelay函数4.6.3 Download函数4.6.4 Compute函数4.6.5 showTable函数第五部分实现源代码第六部分简要的使用说明及主要运行界面第七部分总结第八部分参考文献第一部分概述设计任务：页面置换算法是虚拟存储管理实现的关键，通过本次课程设计理解内存页面调度的机制，在模拟实现OPT、FIFO、LRU和LFU几种经典页面置换算法的基础上，比较各种置换算法的效率及优缺点，从而了解虚拟存储实现的过程。
第二部分设计的基本概念和原理(1)．页面淘汰机制页面淘汰又称为页面置换。
若请求调页程序要调进一个页面，而此时该作业所分得的主存块已全部用完，则必须淘汰该作业已在主存中的一个页。
这时，就产生了在诸页面中淘汰哪个页面的问题，这就是淘汰算法（或称为置换算法）。
置换算法可描述为，当要索取一个页面并送入主存时，必须将该作业已在主存中的某一页面淘汰掉，用来选择淘汰哪一页的规则就叫做置换算法。
(2)．各种页面置换算法的实现思想OPT算法是当要调入一新页而必须先淘汰一旧业时，所淘汰的那一页应是以后不要再用的或是以后很长时间才会用到的页。
FIFO算法的实质是，总是选择在主存中居留时间最长（即最老）的一页淘汰。
其理由是最先调入主存的页面，其不再被使用的可能性比最近调入主存的页的可能性大。
LRU算法的实质是，当需要置换一页时，选择最长时间未被使用的那一页淘汰。
操作系统LRU课程设计
操作系统LRU课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解操作系统中LRU（最近最少使用）页面置换算法的基本原理；2. 掌握LRU算法在内存管理中的应用及其对系统性能的影响；3. 学会分析不同页面置换算法的优缺点，并进行简单的比较。
技能目标：1. 能够运用所学知识编写简单的LRU页面置换算法的程序；2. 能够通过案例分析和实验操作，提升问题解决能力和团队协作能力；3. 能够运用所学知识对实际操作系统中的内存管理问题进行初步分析和优化。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对操作系统的兴趣，激发他们主动探索和研究的精神；2. 增强学生的团队合作意识，培养他们尊重他人、共同进步的品质；3. 通过对操作系统知识的学习，引导学生认识到科技对社会发展的重要性，培养他们的社会责任感。
课程性质分析：本课程为计算机科学与技术专业的高年级课程，旨在帮助学生深入理解操作系统的内存管理原理，提高他们在实际应用中分析和解决问题的能力。
学生特点分析：学生已具备一定的编程基础和操作系统知识，具有较强的逻辑思维能力和自主学习能力。
教学要求：1. 结合实际案例，引导学生深入理解LRU算法的原理和应用；2. 强化实践操作，让学生在实践中掌握知识，提高技能；3. 注重培养学生的团队合作精神和情感态度价值观。
二、教学内容1. 引言：回顾操作系统内存管理的基本概念，引入LRU页面置换算法。
- 简要介绍内存管理的重要性；- 回顾页面置换算法的基本原理。
2. LRU算法原理：- 讲解LRU算法的核心思想；- 分析LRU算法在内存管理中的作用；- 介绍LRU算法的优缺点。
3. LRU算法实现：- 介绍LRU算法的常见实现方法；- 演示如何编写简单的LRU页面置换算法程序；- 分析不同实现方法对性能的影响。
4. 案例分析与实验：- 结合实际案例，分析LRU算法在实际操作系统中的应用；- 安排实验，让学生动手实现和优化LRU算法；- 讨论实验过程中的问题及解决方案。
页面置换算法课程设计
页面置换算法课程设计一、教学目标本章节的教学目标分为三个维度：知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
1.知识目标：使学生掌握页面置换算法的概念、原理和常见的算法，如FIFO、LRU、LFU 等。
2.技能目标：培养学生运用页面置换算法解决实际问题的能力，能够分析算法优缺点，并根据场景选择合适的算法。
3.情感态度价值观目标：培养学生对计算机科学领域的兴趣，激发学生探索和创新的精神，使其认识到算法在现代社会中的重要性。
二、教学内容本章节的教学内容主要包括以下几个部分：1.页面置换算法的概念和背景知识，如虚拟存储器、分页系统等。
2.常见页面置换算法的原理和实现，如 FIFO、LRU、LFU 等。
3.页面置换算法的性能分析，包括优缺点、适用场景等。
4.结合实际案例，让学生了解页面置换算法在操作系统中的应用。
三、教学方法为了提高教学效果，本章节将采用多种教学方法：1.讲授法：用于讲解页面置换算法的概念、原理和性能分析。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解页面置换算法在操作系统中的应用。
3.实验法：安排实验课，让学生动手实现页面置换算法，提高其实际操作能力。
4.讨论法：学生分组讨论，比较不同页面置换算法的优缺点，培养学生独立思考和团队协作的能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：《操作系统原理与应用》等相关教材，提供理论知识基础。
2.参考书：提供 additional references for students who want to deepentheir understanding of the subject.3.多媒体资料：制作PPT课件，生动展示页面置换算法的原理和应用。
4.实验设备：提供计算机及相关设备，让学生进行实验操作。
五、教学评估本章节的评估方式包括以下几个方面：1.平时表现：通过课堂参与、提问、讨论等环节，评估学生的学习态度和积极性。
lru 页面置换算法
LRU 页面置换算法1. 简介LRU（Least Recently Used）页面置换算法是一种常用的操作系统内存管理算法，用于在内存不足时决定哪些页面应该被置换出去以腾出空间给新的页面。
LRU算法基于一个简单的原则：最近最少使用的页面应该被置换。
在计算机系统中，内存是有限的资源，而运行程序所需的内存可能超过可用内存大小。
当系统发现没有足够的空闲内存来加载新页面时，就需要选择一些已经在内存中的页面进行替换。
LRU算法就是为了解决这个问题而设计的。
2. 原理LRU算法基于一个简单的思想：如果一个页面最近被访问过，那么它将来可能会再次被访问。
相反，如果一个页面很久没有被访问过，那么它将来可能不会再次被访问。
根据这个思想，LRU算法将最近最少使用的页面置换出去。
具体实现上，可以使用一个数据结构来记录每个页面最近一次被访问的时间戳。
当需要替换一页时，选择时间戳最早（即最久未访问）的页面进行替换即可。
3. 实现方式LRU算法的实现可以基于多种数据结构，下面介绍两种常见的实现方式。
3.1 使用链表一种简单的实现方式是使用一个双向链表来记录页面的访问顺序。
链表头部表示最近访问过的页面，链表尾部表示最久未被访问过的页面。
每当一个页面被访问时，将其从原位置移动到链表头部。
当需要替换一页时，选择链表尾部的页面进行替换。
这种实现方式的时间复杂度为O(1)，但空间复杂度较高，为O(n)，其中n为内存中可用页面数。
class Node:def __init__(self, key, value):self.key = keyself.value = valueself.prev = Noneself.next = Noneclass LRUCache:def __init__(self, capacity):self.capacity = capacityself.cache = {}self.head = Node(0, 0)self.tail = Node(0, 0)self.head.next = self.tailself.tail.prev = self.headdef get(self, key):if key in self.cache:node = self.cache[key]self._remove(node)self._add(node)return node.valueelse:return -1def put(self, key, value):if key in self.cache:node = self.cache[key]node.value = valueself._remove(node)self._add(node)else:if len(self.cache) >= self.capacity:del self.cache[self.tail.prev.key] self._remove(self.tail.prev)node = Node(key, value)self.cache[key] = nodeself._add(node)def _remove(self, node):prev = node.prevnext = node.nextprev.next = nextnext.prev = prevdef _add(self, node):head_next = self.head.nextself.head.next = nodenode.prev = self.headnode.next = head_nexthead_next.prev = node3.2 使用哈希表和双向链表另一种实现方式是使用一个哈希表和一个双向链表。
操作系统页面置换算法课程设计
操作系统课程设计报告书一、设计目的学习计算机软件技术，特别是计算机操作系统技术，除了需要刻苦努力外，还需要掌握软件和操作系统的原理与设计技巧。
本设计木的是通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。
二、设计任务1、通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。
指令的地址按下述原则生成：50%的指令是顺序执行的；25%的指令是均匀分布在前地址部分；25%的指令是均匀分布在地址部分。
2、将指令序列换成为页地址流。
3、计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。
（1）先进先出的算法（FIFO）；（2）最近最少使用算法（LRU）；（3）最近最不经常使用算法（NUR）；三、设计内容与步骤分页存储管理将一个进程的逻辑地址空间分成若干大小相等的片，称为页面或页。
1、调页策略1)何时调入页面2)请求调页策略2、从何处调入页面(1) 系统拥有足够的对换区空间，这时可以全部从对换区调入所需页面，以提高调页速度。
为此，在进程运行前，便须将与该进程有关的文件，从文件区拷贝到对换区。
(2) 系统缺少足够的对换区空间，这时凡是不会被修改的文件，都直接从文件区调入；而当换出这些页面时，由于它们未被修改而不必再将它们换出时，以后需要时，再从对换区调入。
(3) UNIX方式。
由于与进程有关的文件都放在文件区，故凡是未运行过的页面，都从文件区调入。
而对于曾经运行过但又被换出的页面，由于被放在对换区，因此在下次时，应从对换区调入。
由于UNIX系统允许页面共享，因此，某进程所请求的页面有可能已被其它进程调入内存，此时也就无须再从对换区调入。
3、页面调入过程四、页面置换算法在进程运行过程中，若其所要访问的页面不在内存而需把它们调入内存，但内存已无空闲空间时，为了保证该进程能正常运行，系统必须从内存中调出一页程序或数据，送磁盘的对换区中。
但应将哪个页面调出，须根据一定的算法来确定。
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闽南师范大学操作系统课程设计内存LRU页面置换算法的设计姓名：学号：系别：计算机学院专业：网络工程专业年级：13网络2班指导教师：全秀祥、闫格2016年5月15日目录一、课程设计项目介绍 (3)1.1 项目介绍 .................... 错误！未定义书签。
1.2 设计目的 (3)二、总体设计 (4)2.1 总体结构 (4)2.2 原理框图 (4)2.2 设计原理 (4)三、详细设计 (5)3.1数据结构 (5)3.2程序流程图 (5)3.2代码及注释 (6)四、运行结果 (14)4.1运行及测试结果 (14)4.2 使用说明书 (16)五、课程设计小结与心得体会 (17)5.1 课设小结 (17)5.2 心得体会 (18)一、课程设计项目介绍1.1 项目介绍-内容：实现教材4.8节中所描述的LRU置换算法-要求：⏹假设系统采用固定分配局部置换策略，某进程的总页面数为8（分别以数字0－7来代表）；⏹运行时，输入分配给该进程的页块数（如：3）和一个20位长的页面访问序列（如：12560,36536,56042,70435），输出缺页次数和缺页率。
置换图如下所示：序1 2 5 6 0 3 6 5 3 6 5 6 0 4 2 7 0 4 3 5列1 1 1 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 3 32 2 2 0 0 0 5 5 5 5 5 5 4 4 4 0 0 0 55 5 5 3 3 3 3 3 3 3 0 0 2 2 2 4 4 4缺√√√√√√√√√√√√√√√页则缺页次数和缺页率为：缺页次数：15 缺页率：15/20=0.751.2 设计目的通过对内存页面置换算法的设计，深入理解虚拟存储管理的原理。
二、总体设计2.1 总体结构LRU页面置换算法自定义页面应用LRU算法EXIT2.2 原理框图-1-1-11-1-112-1125Block2.3 设计原理LRU：最近最久未使用置换算法。
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的时间Timer，当须淘汰一个页面时，选择离当前时间最近的一段时间内最久没有使用过的页先淘汰即选择现有页面中其Timer值最大的给予淘汰。
该算法的主要出发点是，如果某页被访问了，则它可能马上还要被访问。
或者反过来说，如果某页很长时间未被访问，则它在最近一段时间也不会被访问。
三、详细设计3.1 数据结构typedef struct pages //定义一个结构体其成员有页面号 //content 和被访问标记timer ； void Init(int QString[20]) //初始化内存块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 LRU(void) //LRU 页面置换算法void BlockClear(void) //清空3.2 程序流程图 开始页面走向存入数组QString[]中，内存块用page[]表示，初始化为0当前QString[]中i 个元素是否已在内存QString[]是否有空i++Y N把page[]中最近最久未使用的页面置换出去，i++把QString[]的内容直接装入最上面一个空内存块，i++YN 输出当前内存块状态结束3.3 代码及注释#include <stdio.h>#include <string.h>#include <iostream>using namespace std;int Bsize=3;int Psize=20;typedef struct pages //定义一个结构体{int content;//页面号int timer;//被访问标记}page;page block[8];//物理块page pages[20];//页面号串void Init(int QString[20]){//初始化int i;for(i=0; i<Bsize; i++){block[i].content = -1;block[i].timer = 0;}for(i=0; i<Psize; i++){pages[i].content = QString[i];pages[i].timer = 0;}}int findSpace(void){//查找是否有空闲内存int i;for(i=0; i<Bsize; i++)if(block[i].content == -1)return i;//找到空闲内存，返回BLOCK中位置return -1;}int findExist(int curpage){//查找内存中是否有该页面int i;for(i=0; i<Bsize; i++)if(block[i].content == pages[curpage].content)return i;//找到内存中有该页面，返回BLOCK中位置return -1;}int findReplace(void){//查找应予置换的页面，被置换的页面的Timer值最大int pos = 0,i;for(i=0; i<Bsize; 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 display(void){//显示int i;for(i=0; i<Bsize; i++)if(block[i].content != -1)cout<<block[i].content<<" ";cout<<endl;}void LRU(void){//LRU页面置换算法int exist,space,position,n=0,i,j;double p=0,q=0;for(i=0; i<Psize; i++){exist = findExist(i);if(exist != -1){cout<<"不缺页"<<endl;block[exist].timer=0;n++;}else{ //找到空闲分区space = findSpace();if(space != -1){block[space] = pages[i];display();}else{//没有找到空闲分区，需找一个页面进行置换position = findReplace();block[position].timer=0;block[position] = pages[i];display();}}for(j=0; j<Bsize; j++)block[j].timer++;//BLOCK中所有页面TIMER++ }cout<<endl<<"缺页次数为："<<Psize-n<<endl<<endl;p=(Psize-n)*1.0/Psize;cout<<"缺页率为："<<p<<endl<<endl;q=n*1.0/Psize;cout<<"命中率为："<<q<<endl<<endl;}void BlockClear(void){//清空int i;for(i=0; i<Bsize; i++){block[i].content = -1;block[i].timer = 0;}}int main(){int QString[20],i;cout<<endl;cout<<" ┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓"<<endl; cout<<" ┃┃"<<endl; cout<<" ┃┃"<<endl; cout<<" ┃请求页式存储管理中LRU算法的实现┃"<<endl; cout<<" ┃┃"<<endl; cout<<" ┃ 1. 自定义页面┃"<<endl; cout<<" ┃┃"<<endl; cout<<" ┃ 2. 应用LRU算法┃"<<endl; cout<<" ┃┃"<<endl; cout<<" ┃ 3. EXIT ┃"<<endl; cout<<" ┃┃"<<endl; cout<<" ┃┃"<<endl; cout<<" ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫"<<endl;int select;do{cout<<endl<<"请输入你要进行的操作序号(1~3):";cin>>select;if(select==1){cout<<endl<<"请输入页块数(1-8)：";scanf("%d%*c",&Bsize);while(Bsize<1||Bsize>8){cout<<"输入不符合要求，请重新输入：";scanf("%d%*c",&Bsize);}cout<<endl<<"请输入进程数(1-20)：";scanf("%d%*c",&Psize);while(Psize<1||Psize>20){cout<<"输入不符合要求，请重新输入：";scanf("%d%*c",&Psize);}cout<<endl<<"请输入页面访问序列：";for(i=0;i<Psize;i++)scanf("%d",&QString[i]);Init(QString);cout<<endl<<endl;cout<<"|******************************************************* ********|"<<endl<<endl;}else if(select==2){cout<<endl<<"LRU算法结果如下:"<<endl;LRU();BlockClear();cout<<"|******************************************************* ********|"<<endl<<endl;}else if(select==3){break;}}while(select==1||select==2||select==3);return 0;}四、运行结果4.1 运行及测试结果进程页块数：3，页面访问序列1 2 5 6 0 3 6 5 3 6 5 6 0 4 2 7 0 4 3 5进程页块数：4，页面访问序列3 2 4 6 1 3 6 4 3 6 5 6 2 4 0 7 1 4 3 5输入不在范围内的进程数和页块数4.2 使用说明书打开终端，输入“g++ -LRU.cpp -o LRU”之后，输入“ ./LRU”运行程序；出现主界面后可以看到三个功能选项，输入要操作的序列号即可；输入1，再输入相应的块数，进程数和页面访问序列即可进行自定义页面；输入2，就会利用LRU页面置换算法进行缺页次数、缺页率和命中率的计算；输入3，退出程序。