页面置换算法作业
实验5页面置换算法
实验5页⾯置换算法实验5 页⾯置换算法⼀、实验题⽬：页⾯置换算法（请求分页）⼆、实验⽬的：进⼀步理解⽗⼦进程之间的关系。
1）理解内存页⾯调度的机理。
2）掌握页⾯置换算法的实现⽅法。
3）通过实验⽐较不同调度算法的优劣。
4）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，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。
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。
三、实验内容及要求这是⼀个综合型实验，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，⾃⾏编制程序。
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。
要求：1）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。
缺页率= disaffect/total_instruction命中率= 1- disaffect/total_instruction2）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。
四、程序流程图开始创建⼦进程1创建⼦进程2结束⼦进程1命中？N内存页⾯满？Y 最先进⼊的进程退出内存页⾯N当前调⼊页⾯进⼊内存页⾯Y 命中次数+1N完？退出Y⼦进程2命中？N内存页⾯满？Y 被访问次数最少的进程退出内存页⾯N当前调⼊页⾯进⼊内存页⾯Y 命中次数+1，命中页⾯访问数+1N逻辑页⾯读完？退出Y五、运⾏结果及其说明FIFO:LRU:：六、回答以下问题：①⽗进程、⼦进程之间的并发执⾏的过程⽗进程与⼦进程之间的并发执⾏宏观并⾏，微观串⾏。
页面置换算法大题
页面置换算法大题
摘要：
一、页面置换算法概述
二、页面置换算法的分类
三、页面置换算法的优缺点分析
四、常见的页面置换算法及其应用
五、总结
正文：
一、页面置换算法概述
页面置换算法，是计算机操作系统中的一种内存管理技术。
它的主要作用是在内存有限的情况下，对内存中的页面进行有效管理，以便在需要时，能够迅速地调用所需的页面，提高系统的运行效率。
二、页面置换算法的分类
根据页面置换的原则，可以将页面置换算法分为以下几类：
1.最佳置换算法（OPT）：总是选择在将来最远的时间内不会被访问的页面进行置换。
2.最近最少使用（LRU）算法：选择距离现在最长时间内没有被访问过的页面进行置换。
3.时钟（Clock）算法：根据页面的访问频率，将其分为多个类别，选择访问次数最少的页面进行置换。
4.最不经常使用（LFU）算法：根据页面的访问次数，选择访问次数最少的页面进行置换。
三、页面置换算法的优缺点分析
各种页面置换算法都有其优点和缺点。
比如，最佳置换算法虽然理论上最优，但实际操作中难以实现，且可能导致内存碎片化。
最近最少使用算法虽然简单易行，但在应对突发访问需求时，可能会出现效率低下的问题。
四、常见的页面置换算法及其应用
在实际应用中，根据不同的系统需求和场景，可以选择不同的页面置换算法。
例如，对于需要频繁进行数据访问的系统，可以选择时钟算法或最近最少使用算法；对于需要保证页面顺序的系统，可以选择最佳置换算法或最不经常使用算法。
五、总结
页面置换算法是操作系统中重要的内存管理技术，其选择和应用直接影响到系统的运行效率和稳定性。
NUR页面置换算法
NRU页面置换算法1）假设每个页面中可存放10条指令，分配给作业的内存块数为4。
2）用C语言模拟一个作业的执行过程，该作业共有320条指令，即它的地址空间为32页，目前它的所有页都还未调入内存。
在模拟过程中，如果所访问的指令已在内存，则显示其物理地址，并转下一条指令。
如果所访问的指令还未装入内存，则发生缺页，此时需记录缺页的次数，并将相应页调入内存。
如果4个内存块均已装入该作业，则需进行页面置换，最后显示其物理地址，并转下一条指令。
在所有320指令执行完毕后，请计算并显示作业运行过程中发生的缺页率。
3)置换算法：最近最不经常使用（NRU）算法。
#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<malloc.h>#define N 4#define size 320typedef struct Page{int page_num;int flag_A; //访问位int flag_M; //修改位int read_or_write; //0表示不被修改,1表示被修改}PAGE;typedef struct Block{int block_num; //块号PAGE page; //所装页的信息struct Block *next;}BLOCK,*BLOCKLIST;typedef struct instruct{ //指令数据结构int address; //指令地址PAGE page; //对应页的信息}INSTRUCTION,*INSTRUCTIONLIST;INSTRUCTION instructions[size];//定义320个指令BLOCKLIST block_head; //块的头指针int diseffect=0; //缺页次数int blockSize=0;void Init_Instructions(){for(int i=0;i<320;i++)instructions[i].address=rand()%320;for(int k=0;k<320;k++){instructions[k].page.page_num=(int)instructions[k].address/10;instructions[k].page.flag_A=0;instructions[k].page.read_or_write=rand()%2;if(instructions[k].page.read_or_write==0)instructions[k].page.flag_M=0;else instructions[k].page.flag_M=1;}}BLOCKLIST Init_block(){BLOCKLIST head=(BLOCKLIST)malloc(sizeof(BLOCK)) ;BLOCKLIST p;for(int i=1;i<=N;i++) {if(i==1) p=head;else {p->next=(BLOCKLIST)malloc(sizeof(BLOCK));p=p->next;}p->block_num=i;p->page.page_num=-1;p->page.flag_A=0;p->page.flag_M=0;}p->next=head;return head;}void display(INSTRUCTION instructions){BLOCKLIST p=block_head;printf("The new page: (page_num==%d), (flag_M==%d), (address==%d)\n", instructions.page.page_num,instructions.page.flag_M,instructions.address);printf("block_num,page_num,flag_A,flag_M\n");do{printf(" %2d %10d%9d%8d\n",p->block_num,p->page.page_num,p->page.flag_A,p->page.flag_M);p=p->next;}while(p!=block_head);}void show_physical_address(BLOCKLIST &p,INSTRUCTION instructions){int address;printf("physical address:");address=p->block_num*1024+instructions.address%10;//页面大小为1kprintf("%d\n\n",address);}//查找四个块中是否有此页面int Find_page_in_block(INSTRUCTION instructions,BLOCKLIST &p){p=block_head;do{if(p->page.page_num==instructions.page.page_num){p->page.flag_A=1;if(p->page.flag_M==0)p->page.flag_M=instructions.page.flag_M;return 1;}p=p->next;}while(p!=block_head);return 0;}//先将四个块中装满void loadpage(PAGE page){BLOCKLIST p;p=block_head;while(p->page.page_num!=-1)p=p->next;p->page.page_num=page.page_num;p->page.flag_A=1;p->page.flag_M=page.flag_M;blockSize++;}//第一次循环扫描A=0 M=0int cscanf1(BLOCKLIST &p){p=block_head;do{if(p->page.flag_A==0 && p->page.flag_M==0)return 1;p=p->next;}while(p!=block_head);return 0;}//第二次循环扫描A=0 M=1int cscanf2(BLOCKLIST &p){p=block_head;do{ //把扫面过后的A=1,M=0 或A=1,M=1中的A置0if(p->page.flag_A==1 && (p->page.flag_M==0 || p->page.flag_M==1)){p->page.flag_A=0;p=p->next;continue;}if(p->page.flag_A==0 && p->page.flag_M==1)return 1;p=p->next;}while(p!=block_head);return 0;}//第三次扫描将所有的A置为0int cscanf3(BLOCKLIST &p){p=block_head;do{p->page.flag_A=0;p=p->next;}while(p!=block_head);return 1;}//用于换进页面void assignment(BLOCKLIST &p,INSTRUCTION instructions) {p->page.page_num=instructions.page.page_num;p->page.flag_A=1;p->page.flag_M=instructions.page.flag_M;}//NRU页面替换算法void replace_page(INSTRUCTION instructions,BLOCKLIST &p) {if(cscanf1(p)){assignment(p,instructions);}else if(cscanf2(p)){assignment(p,instructions);}else if(cscanf3(p)){if(cscanf1(p))assignment(p,instructions);else {cscanf2(p);assignment(p,instructions);}}}void main(){BLOCKLIST p;Init_Instructions();block_head=Init_block();for(int i=0;i<size;i++) {if(Find_page_in_block(instructions[i],p)){display(instructions[i]);show_physical_address(p,instructions[i]);getchar();continue;}else if(blockSize<N) {diseffect++;loadpage(instructions[i].page);}else {diseffect++;replace_page(instructions[i],p);}display(instructions[i]);if(diseffect>4)show_physical_address(p,instructions[i]);getchar();}printf("NRU %f\n",(float)diseffect/size);getchar();getchar();getchar();}。
opt页面置换算法例题详解(一)
opt页面置换算法例题详解(一)OPT页面置换算法例题解析1. 引言页面置换算法是操作系统中用于管理虚拟内存的重要算法之一。
OPT（Optimal）算法是一种最佳的页面置换算法，它通过预测未来的访问情况，选择未来最长时间不会被访问的页面进行置换。
本文将通过一个例题来详细解释OPT算法的工作原理。
2. 例题描述假设一个进程的虚拟内存中有5个页面，分别编号为1、2、3、4、5。
设进程的页面访问序列为1、2、1、4、5、1、2、4、3、5。
物理内存中的页面数为3，初始时物理内存为空。
3. 解题步骤Step 1: 遍历页面访问序列，将每个页面的下一次访问时间记录下来。
•页面1的下一次访问时间是2•页面2的下一次访问时间是7•页面3的下一次访问时间是8•页面4的下一次访问时间是4•页面5的下一次访问时间是9Step 2: 依次访问页面，并进行页面置换。
•访问页面1，物理内存为空，将页面1放入物理内存。
•访问页面2，物理内存中只有页面1，将页面2放入物理内存。
•访问页面1，物理内存中已有页面1和页面2，无需置换。
•访问页面4，物理内存中已有页面1和页面2，将页面4放入物理内存，并移除最长时间不会被访问的页面。
•访问页面5，物理内存中已有页面1、2和4，将页面5放入物理内存，并移除最长时间不会被访问的页面。
•访问页面1，物理内存中已有页面2、4和5，无需置换。
•访问页面2，物理内存中已有页面2、4和5，无需置换。
•访问页面4，物理内存中已有页面2、4和5，无需置换。
•访问页面3，物理内存中已有页面2、4和5，将页面3放入物理内存，并移除最长时间不会被访问的页面。
•访问页面5，物理内存中已有页面4、3和5，无需置换。
4. 结果分析根据以上步骤，使用OPT算法得到的页面置换序列为：1、2、X、4、5、X、X、X、3、X，其中X表示发生页面置换。
经过计算，OPT算法的页面命中次数为6次，缺页次数为4次。
OPT（最佳）页面置换算法是一种理论上的最优算法，可以最大程度地减少缺页次数。
fifo页面置换算法例题详解
fifo页面置换算法例题详解FIFO（First In, First Out）页面置换算法是一种最简单的页面置换算法，它根据页面调入内存的顺序进行页面置换。
当发生页面缺失时，选择最早调入内存的页面进行置换。
下面是一个使用FIFO页面置换算法解决页面置换问题的例题：假设一个系统的物理内存容量为3个页面，而作业需要访问9个页面。
作业在以下指令序列中运行：1，2，3，4，1，2，5，1，2。
假设在开始时，物理内存中没有页面。
使用FIFO页面置换算法，计算缺页次数。
解题步骤如下：1. 创建一个长度为3的队列，用于保存当前在内存中的页面。
2. 从指令序列中取出第一个页面1。
由于物理内存中没有页面，将页面1调入物理内存，并将1加入队列中。
3. 继续从指令序列中取出页面2。
由于物理内存中只有页面1，将页面2调入物理内存，并将2加入队列中。
4. 继续从指令序列中取出页面3。
由于物理内存中有页面1和2，将页面3调入物理内存，并将3加入队列中。
5. 继续从指令序列中取出页面4。
由于物理内存中已满，需要进行页面置换。
由于页面1是最早调入内存的页面，所以选择页面1进行置换。
将页面4调入物理内存，并将4加入队列中。
6. 继续从指令序列中取出页面1。
由于物理内存中已满，需要进行页面置换。
由于页面2是最早调入内存的页面，所以选择页面2进行置换。
将页面1调入物理内存，并将1加入队列中。
7. 继续从指令序列中取出页面2。
由于物理内存中已满，需要进行页面置换。
由于页面3是最早调入内存的页面，所以选择页面3进行置换。
将页面2调入物理内存，并将2加入队列中。
8. 继续从指令序列中取出页面5。
由于物理内存中已满，需要进行页面置换。
由于页面4是最早调入内存的页面，所以选择页面4进行置换。
将页面5调入物理内存，并将5加入队列中。
9. 继续从指令序列中取出页面1。
由于物理内存中已满，需要进行页面置换。
由于页面1是最早调入内存的页面，所以选择页面1进行置换。
操作系统页面置换算法例题
（1）最佳置换算法（OPT) ：选择以后永不使用或在最长时间内不再被访问的
内存页面予以淘汰。
（2）先进先出置换算法（FIFO）：选择最先进入内存的页面
予以淘汰。
（3）最近最久未使用算法（LRU）：选择在最近一段时间内最久没
有使用过的页，把它淘汰。
（4）最少使用算法（LFU）：选择到当前时间为止
被访问次数最少的页转换。
【例4-8】在一个请求分页存储管理的系统中，一个程序的页面走向为
6,0,1,2,0,3,0,4,2,3,分别采用最佳置换算法、先进先出置换算法、最近最久未使用
算法，完成下列要求。
设分配给该程序的存储块数M=3,每调进一个新页就发生
一次缺页中断。
时刻12345678910
访问顺序6012030423
M=3
f
OPT
时刻12345678910访问顺序6012030423
M=36662222222
000000444
11133333 f123456
FIFO
时刻12345678910访问顺序6012030423 M=36662222444
000033322
11110003 f123456789 LRU
时刻12345678910访问顺序6012030423 M=312030423
001203042 6660122304 f12345678。
页面置换算法模拟实验 操作系统大作业(含源文件)
“计算机操作系统”课程设计大作业页面置换算法模拟实验(含完整资料，可直接提交)一、题目: 页面置换算法模拟实验二、目的分别采用最佳(Optimal)置换算法、先进先出(FIFO)页面置换算法和最近最少使用(LRU)置换算法对用户输入的页面号请求序列进行淘汰和置换，从而加深对页面置换算法的理解。
三、内容和要求请用C/C++语言编一个页面置换算法模拟程序。
用户通过键盘输入分配的物理内存总块数，再输入用户逻辑页面号请求序列，然后分别采用最佳(Optimal)置换算法、先进先出(FIFO)页面置换算法和最近最少使用(LRU)置换算法三种算法对页面请求序列进行转换，最后按照课本P150页图4-26的置换图格式输出每次页面请求后各物理块内存放的虚页号，并算出总的缺页率（缺页次数/总的请求次数）。
最后三种页面置换算法的优缺点。
三种页面置换算法的思想可参考教材P149-P152页。
假设页面号请求序列为4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5，当分配给某进程的物理块数分别为3块和4块时，试用自己编写的模拟程序进行页面转换并输出置换图和缺页次数、缺页率。
四、提交内容本大作业每个人必须单独完成。
最后需提交的内容包括：源程序（关键代码需要注释说明）、可运行程序、运行结果、算法思路及流程图、心得体会。
大作业严禁抄袭。
发现抄袭一律以不及格论。
请大家严格按照大作业题目来编写程序，不要上交以前布置的大作业。
如果提交的大作业题目与本文档要求不符，成绩一律为及格。
目录摘要 (2)正文 (2)1、设计思路 (3)2、各模块的伪码算法 (6)3、函数的调用关系图 (8)4、测试 (13)设计总结 (15)参考文献 (16)致谢 (17)附录：部分源程序代码 (18)摘要UNIX中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制；内存空间的分配和回收均以页为单位进行；一个进程只需将其一部分（段或页）调入内存便可运行；还支持请求调页的存储管理方式。
操作系统课设报告页面置换算法
武汉轻工大学数学与计算机学院《操作系统》课程设计说明书题目：页式虚拟存储管理页面置换算法专业：班级：学号：姓名：指导老师：2015年5月26日目录一、设计目的二、设计内容三、基本原理和解决方案四、实验内容五、流程图六、源代码七、运行结果八、实验总结（心得体会）一、设计目的通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟程序，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、设计内容阅读教材《计算机操作系统》第四章，掌握存储器管理相关概念和原理。
模拟实现页式虚拟存储管理的三种页面置换算法（OPT、FIFO和LRU），并通过比较性能得出结论。
前提：（1）页面分配采用固定分配局部置换。
（2）作业的页面走向和分得的物理块数预先指定。
可以从键盘输入也可以从文件读入。
（3）置换算法的置换过程输出可以在显示器上也可以存放在文件中，但必须清晰可读，便于检验。
三、基本原理和解决方案存储管理是操作系统进行资源管理的一个重要功能。
现代操作系统广泛采用虚拟存储的技术对内存进行扩充。
实现虚拟存储的一个主要技术手段就是将辅存和主存统一管理，在二者之间进行对换，从而形成物理上两级而逻辑上一级的存储管理系统。
一个置换算法的好坏对这个逻辑上的单级虚存的性能起着极其重要的作用，而且会影响处理机的调度性能。
对于本任务规定的前提：页面分配采用固定分配局部置换，则置换发生的时机是作业已经将操作系统分配的固定数目的物理块全部用完且发生缺页的时候。
此时必须要将已经装入内存的部分逻辑页面换出以便将所缺的页面调入内存。
置换算法就是一个决定将内存中“哪一个”页面换出的算法。
四、实验内容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产：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后地址部分。
2.将指令序列变换成为页地址流设页面大小为1K；用户内存容量为4页到32页；用户虚存容量为32K。
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页面置换算法的演示
一．实验要求：
设计一个虚拟存储区和内存工作区，编程序演示下述算法的具体实现过程，并计算访问命中率：
要求设计主界面以灵活选择某算法，且以下算法都要实现
1) 最佳置换算法(OPT)：将以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再
被访问的页面换出。
2) 先进先出算法(FIFO)：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。
3) 最近最久未使用算法(LRU)：淘汰最近最久未被使用的页面。
4) 最不经常使用算法(LFU)
二．实验目的：
1、用C语言编写OPT、FIFO、LRU，LFU四种置换算法。
2、熟悉内存分页管理策略。
3、了解页面置换的算法。
4、掌握一般常用的调度算法。
5、根据方案使算法得以模拟实现。
6、锻炼知识的运用能力和实践能力。
三．相关知识：
1．虚拟存储器的引入：
局部性原理：程序在执行时在一较短时间内仅限于某个部分；相应的，它所访问的存储空间也局限于某个区域，它主要表现在以下两个方面：时间局限性和空间局限性。
2．虚拟存储器的定义：
虚拟存储器是只具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。
3．虚拟存储器的实现方式：
分页请求系统，它是在分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页面形式虚拟存储系统。
请求分段系统，它是在分段系统的基础上，增加了请求调段及分段置换功能后，所形成的段式虚拟存储系统。
4．页面分配：
平均分配算法，是将系统中所有可供分配的物理块，平均分配给各个进程。
按比例分配算法，根据进程的大小按比例分配物理块。
考虑优先的分配算法，把内存中可供分配的所有物理块分成两部分：一部分按比例地分配给各进程；另一部分则根据个进程的优先权，适当的增加其相应份额后，分配给各进程。
5．页面置换算法：
常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。
四．实验原理：
选择置换算法，先输入所有页面号，为系统分配物理块，依次进行置换：OPT基本思想：
是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序列，memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。
数组next[mSIZE]记录物理块中对应页面的最后访问时间。
每当发生缺页时，就从物理块中找出最后访问时间最大的页面，调出该页，换入所缺的页面。
【特别声明】
若物理块中的页面都不再使用，则每次都置换物理块中第一个位置的页面。
FIFO基本思想：
是用队列存储内存中的页面，队列的特点是先进先出，与该算法是一致的，所以每当发生缺页时，就从队头删除一页，而从队尾加入缺页。
或者借助辅助数组time[mSIZE]记录物理块中对应页面的进入时间，每次需要置换时换出进入时间最长的页面。
LRU基本思想：
是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序列，memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。
数组flag[10]标记页面的访问时间。
每当使用页面时，刷新访问时间。
发生缺页时，就从物理块中页面标记最小的一页，调出该页，换入所缺的页面。
五．流程图：
如下页所示
开始
载入页号序列，从第0个得到页号
将页号放入物理块中，编号加1
否
引用串编号大
于物理块数?
是
否
页号在物理块中?
是
根据选择的置换算法完成置换
否
页号序列载完?
是
结束
六．运行结果：
【运行环境——Visual C++ 6.0】
1. 按任意键进行初始化：
1
2. 载入数据：
1
3. 进入置换算法选择界面：
4.运算中延迟操作：
5.三种算法演示结果：。