页面置换算法课程设计
操作系统常用页面置换算法课程设计
摘要在linux中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制，内存空间的分配与回收均以页为单位进行，一个进程只需要将其一部分调入内存便可运行；当操作系统发生缺页中断时，必须在内存选择一个页面将其移出内存，以便为即将调入的页面让出空间。
因而引入一种用来选择淘汰哪一页的算法——页面置换算法。
页面置换算法是操作系统中虚拟存储管理的一个重要部分。
页面置换算法在具有层次结构存储器的计算机中，为用户提供一个比主存储器容量大得多的可随机访问的地。
常见的页面置换算法有先来先服务算法(FIFO)，最近最久未使用算法(LRU)与最佳适应算法(OPT)。
关键字：操作系统；FIFO；LRU；OPT；Linux目录1 绪论 (1)1.1 设计任务 (1)1.2设计思想 (1)1.3设计特点 (1)1.4基础知识 (2)1.4.1 先进先出置换算法(FIFO) (2)1.4.2 最近最久未使用算法(LRU) (3)1.4.3最佳置换算法(OPT) (3)2 各模块伪代码算法 (4)2.1伪代码概念 (4)2.2伪代码算法 (4)2.2.1主函数伪代码算法 (4)2.2.2延迟时间函数伪代码算法 (6)2.2.3 FIFO算法的伪代码 (7)2.2.4 LRU算法的伪代码 (7)2.2.5 OPT算法的伪代码 (10)3 函数调用关系图 (12)3.1函数声明 (12)3.1.1主要算法函数 (12)3.1.2辅助函数 (12)3.2程序函数调用关系图 (13)4 测试结果 (14)4.1数据初始化 (14)4.2页面调度算法 (14)4.2.1先进先出算法 (15)4.2.2最近最久未使用LRU (15)4.2.3最佳置换算法OPT (17)5 源程序 (18)6 设计总结 (30)参考文献 (31)致谢 (32)1 绪论1.1 设计任务1、了解UNIX的命令及使用格式，熟悉UNIX/LINUX的常用基本命令，练习并掌握UNIX提供的vi编辑器来编译C程序，学会利用gcc、gdb编译、调试C程序。
常用页面置换课程设计
常用页面置换课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解页面置换的基本概念，掌握常用页面置换算法（如FIFO、LRU、OPT）的工作原理及特点；2. 学会分析不同页面置换算法的优缺点及适用场景，能结合实际案例进行解释说明；3. 掌握如何评估页面置换算法的性能，了解相关性能指标（如缺页率、置换次数等）。
技能目标：1. 能够运用所学知识，编写简单的页面置换算法代码，进行模拟实验；2. 培养学生独立分析问题、解决问题的能力，通过小组讨论、案例分析等方式，提高学生的团队协作和沟通表达能力；3. 培养学生的计算思维和逻辑思维能力，提高编程实践能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机操作系统领域的学习兴趣，激发学生的学习热情和求知欲；2. 培养学生具备良好的学术道德和团队合作精神，尊重他人的观点，善于倾听和分享；3. 培养学生认识到技术发展对社会进步的重要性，增强学生的社会责任感和使命感。
课程性质：本课程属于计算机操作系统领域，旨在帮助学生掌握页面置换算法的相关知识，提高编程实践能力。
学生特点：学生已具备一定的计算机基础知识，具有较强的逻辑思维能力和编程基础，但对页面置换算法的了解有限。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，通过案例分析和编程实践，帮助学生深入理解页面置换算法，提高学生的实际操作能力。
同时，关注学生的情感态度价值观培养，激发学生的学习兴趣和责任感。
二、教学内容1. 页面置换算法概述：介绍操作系统中页面置换的基本概念、产生背景及作用；- 教材章节：第二章第三节“虚拟内存管理”2. 常用页面置换算法：- FIFO（先进先出）算法：讲解算法原理、实现方法及优缺点；- 教材章节：第二章第三节“页面置换算法-FIFO”- LRU（最近最少使用）算法：介绍算法原理、实现方法及适用场景；- 教材章节：第二章第三节“页面置换算法-LRU”- OPT（最佳）算法：讲解算法原理、实现方法及性能分析；- 教材章节：第二章第三节“页面置换算法-OPT”3. 页面置换算法性能评估：- 介绍评估页面置换算法性能的相关指标（如缺页率、置换次数等）；- 教材章节：第二章第四节“页面置换算法性能评估”4. 编程实践：- 结合所学算法，编写简单的页面置换算法代码，进行模拟实验；- 教材章节：第二章实践部分“页面置换算法编程实践”5. 案例分析：- 分析实际操作系统中的页面置换场景，讨论不同算法的适用性；- 教材章节：第二章案例分析部分“页面置换算法案例分析”教学内容安排和进度：本课程共计5个学时，按照以上教学内容逐步展开，确保学生能够扎实掌握页面置换算法的相关知识。
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。
操作系统页面置换算法_课程设计论文
操作系统页面置换算法_课程设计论文《操作系统》课程设计任务书题目:常用页面置换算法模拟实验学号: 学生姓名:班级:题目类型:软件工程，R，指导教师: 一、设计目的学生通过该题目的设计过程,掌握常用页面置换算法的原理、软件开发方法并提高解决实际问题的能力。
二、设计任务1、了解UNIX的命令及使用格式,熟悉UNIX/LINUX的常用基本命令,练习并掌握UNIX提供的vi编辑器来编译C程序,学会利用gcc、gdb编译、调试C程序。
2、设计一个虚拟存储区和内存工作区,并使用最佳淘汰算法，OPT，、先进先出算法，FIFO，、最近最久未使用算法，LRU，计算访问命中率。
，命中率,,,页面失效次数,页地址流长度，三、设计要求1、分析设计要求,给出解决方案，要说明设计实现所用的原理、采用的数据结构，。
2、设计合适的测试用例,对得到的运行结果要有分析。
3、设计中遇到的问题,设计的心得体会。
4、文档:课程设计打印文档每个学生一份,并装在统一的资料袋中。
5、光盘:每个学生的文档和程序资料建在一个以自己学号和姓名命名的文件夹下,刻录一张光盘,装入资料袋中。
四、提交的成果1. 设计说明书一份,内容包括:1) 中文摘要100字;关键词3-5个;2) 设计思想;3，各模块的伪码算法;4，函数的调用关系图;5，测试结果;6，源程序，带注释，;7，设计总结;8) 参考文献、致谢等。
2. 刻制光盘一张。
五、主要参考文献1. 汤子瀛,哲凤屏.《计算机操作系统》.西安电子科技大学学出版社.2. 王清,李光明.《计算机操作系统》.冶金工业出版社.3.,钟秀等. 操作系统教程. 高等教育出版社4.曾明. Linux操作系统应用教程. 陕西科学技术出版社.5. 张丽芬,刘利雄.《操作系统实验教程》. 清华大学出版社.6. 孙静, 操作系统教程,,原理和实例分析. 高等教育出版社7. 周长林,计算机操作系统教程. 高等教育出版社8. 张尧学,计算机操作系统教程,清华大学出版社9. 任满杰,操作系统原理实用教程,电子工业出版社10.张坤.操作系统实验教程,清华大学出版社六、各阶段时间安排，共2周，周次日期内容地点教师讲解设计要求教室星期一~二查找参考资料图书馆第1周星期三~五算法设计,编程实现教室星期一~三算法设计,编程实现教室第2周星期四~五检查程序,答辩教室2013年12月9日摘要操作系统是管理计算机系统的全部硬件资源包括软件资源及数据资源,控制程序运行改善人机界面,为其它应用软件提供支持等，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面。
操作系统课设页面置换算法
目录一、课程设计目的及要求 (1)二、相关知识 (1)三、题目分析 (2)四、概要设计 (3)五、代码及流程 (3)六、运行结果 (7)七、设计心得 (8)八、参考文献 (9)一、课程设计目的及要求页面置换算法实验目的：深入掌握内存调度算法的概念原理和实现方法。
设计要求：编写程序实现：1）先进先出页面置换算法（FIFO）2）最近最久未使用页面置换算法（LRU）3）最佳置换页面置换算法（OPT）演示页面置换的三种算法。
二、相关知识2.1 先进先出（FIFO）算法这是最早出现的置换算法。
该算法总是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。
该算法实现简单，只需把一个进程已调入内存的页面，按照先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，称为替换指针，使它总指向最老的页面。
但该算法与进程实际运行的规律不相适应，因为在进程中，有些页面经常被访问，比如，含有全局变量、常用函数、例程等的页面，FIFO算法并不能保证这些页面不被淘汰。
2.2 最近最久未使用（LRU）算法FIFO置换算法性能之所以较差，是因为它所依据的条件是各个页面调入内存的时间，而页面调入的先后并不能反映页面的使用情况。
最近最久未使用（LRU）的页面置换算法，是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的。
由于无法预测各页将来的使用情况，只能利用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似，因此，LRU置换算法是选择最近最久未使用的页面予以淘汰。
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时间t，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中其t值最大的，即最近最久未使用的页面予以淘汰。
2.3 最佳（Optimal）算法最佳置换算法是由Belady于1966年提出的一种理论上的算法。
其所选择的被淘汰的页面，将是以后永不使用的，或是在最长（未来）时间内不再被访问的页面。
采用最佳置换算法，通常可保证获得最低的缺页率。
但由于人们目前还无法预知一个进程在内存的若干个页面中，哪一个页面是将来最长时间内不再访问的，因而该算法时无法实现的，但可以利用该算法评价其他算法。
java页面置换算法课程设计
java页面置换算法课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解页面置换算法的基本概念和作用；2. 掌握常见的页面置换算法，如先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）和最佳置换（OPT）等；3. 学会分析不同置换算法的优缺点和适用场景；4. 了解虚拟内存中的页面置换策略在实际操作系统中的应用。
技能目标：1. 能够运用Java编程语言实现基本的页面置换算法；2. 培养学生运用数据结构和算法解决问题的能力；3. 提高学生的编程实践能力和调试技巧；4. 培养学生通过分析问题，选择合适算法解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机操作系统中内存管理知识的兴趣和好奇心；2. 增强学生的团队合作意识，培养协同解决问题的能力；3. 培养学生面对复杂问题时的耐心和毅力，树立克服困难的信心；4. 引导学生认识到技术发展对社会进步的重要性，激发他们的社会责任感。
课程性质：本课程为计算机科学专业高年级的学科核心课程，旨在帮助学生掌握页面置换算法的理论知识，并通过实践提高编程技能。
学生特点：学生已具备一定的编程基础和操作系统知识，具备独立分析和解决问题的能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，强调动手实践，鼓励学生思考和探讨。
通过本课程的学习，使学生能够将所学的页面置换算法应用于实际问题的解决，提高其综合素质。
二、教学内容1. 页面置换算法概述- 页面置换算法的定义及作用；- 页面置换算法在操作系统中的应用场景。
2. 常见页面置换算法原理与实现- 先进先出（FIFO）算法；- 最近最少使用（LRU）算法；- 最佳置换（OPT）算法；- 最久未用（MFU）算法。
3. 页面置换算法的性能分析- 不同算法的性能指标（如缺页率、置换次数等）；- 分析各种算法的优缺点及适用场景。
4. Java实现页面置换算法- Java编程环境的搭建；- 使用Java实现上述常见页面置换算法；- 编程实践：编写测试用例，测试并比较不同算法的性能。
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。
页面置换-操作系统课程设计
页面置换算法模拟1、设计目的通过请求页式管理方式中页面置换算法的模拟设计，了解虚拟存储的特点，掌握请求页式存储管理中的页面置换算法。
2、任务及要求2.1 设计任务模拟实现先进先出算法（FIFO）、最近最少使用算法（LRU）、最优页置换算法（OPT），并计算命中率。
2.2 设计要求2.2.1 首先用随机数生成函数产生“指令”序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，再计算不同算法下的命中率。
2.2.2 通过随机数产生一个指令序列，共产生400条。
其中50%的指令是顺序执行的，且25%的指令分布在前半部分地址空间，25%的指令分布在后半部分地址空间。
2.2.3 将指令地址流变换成页地址流2.2.4 循环运行，使用户内存容量从4到40,。
计算每个内存容量下不同页面置换算法的命中率。
3、算法及数据结构3.1算法的总体思想（流程）struct Pro{int num,time;};int a[total_instruction];int page[N];//调用函数int Search(int e,Pro *page1 ){Pro *page=new Pro[N];page=page1;for(int i=0;i<N;i++){if(e==page[i].num)return i;}return -1;}void Input(Pro p[total_instruction]){int m,i,m1,m2;srand((unsigned int )time(NULL));m=rand()%400;for(i=0;i<total_instruction;) //产生指令队列{if(m<0||m>399){printf("When i==%d,Error,m==%d\n",i,m);exit(0);}a[i]=m; //任选一指令访问点ma[i+1]=a[i]+1;a[i+2]=a[i]+2; //顺序执行两条指令m1=rand( )%m; //执行前地址指令m1a[i+3]=m1;a[i+4]=m1+1;a[i+5]=m1 + 2;//顺序执行两条指令m2 = rand()%(157-m1)+m1+3;a[i+6]=m2;if( (m2+2) > 159 ){a[i+7] = m2+1;i +=8;}else{a[i+7] = m2+1;a[i+8] = m2+2;i = i+9;}m = rand()%m2;}//forfor(i=0;i<total_instruction;i++) //将指令序列变换成页地址流{p[i].num=a[i]/10;p[i].time = 0;}}3.2先进先出算法（FIFO）模块3.2.1 功能根据页地址流，采用先进先出的算法进行页面置换。
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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操作系统课程设计报告题目：页面置换算法模拟程序
学院名称: 宿迁学院
专业班级： 09软件（1）班
学生姓名：孙磊
指导教师：王月敏
成绩：
目录
一、设计目的 (3)
二、设计题目 (3)
2.1设计内容 (3)
2.2设计要求 (3)
三、设计过程 (4)
3.1 FIFO（先进先出） (4)
3.2 LRU（最近最久未使用） (5)
3.3 OPT（最佳置换算法） (6)
3.4 随机数发生器 (7)
四、完整代码 (7)
五、运行结果演示 (13)
六、设计心得 (16)
七、参考文献 (16)
一、设计目的
操作系统是计算机教学中最重要的环节之一，也是计算机专业学生的一门重要的专业课程。
操作系统质量的好坏，直接影响整个计算机系统的性能和用户对计算机的使用。
一个精心设计的操作系统能极大地扩充计算机系统的功能，充分发挥系统中各种设备的使用效率，提高系统工作的可靠性。
由于操作系统涉及计算机系统中各种软硬件资源的管理，内容比较繁琐，具有很强的实践性。
要学好这门课程，必须把理论与实践紧密结合，才能取得较好的学习效果。
本课程设计是学生学习完《计算机操作系统》课程后，进行的一次全面的综合训练，通过课程设计，让学生更好地掌握操作系统的原理及实现方法,加深对操作系统基础理论和重要算法的理解，加强学生的动手能力。
熟悉页面置换算法及其实现，引入计算机系统性能评价方法的概念。
二、设计题目：页面置换算法模拟程序
2.1设计内容
编制页面置换算法的模拟程序。
2.2设计要求
1).用随机数方法产生页面走向，页面走向长度为L(15<=L<=20),L由控制台输入。
2).根据页面走向，分别采用Optinal、FIFO、LRU算法进行页面置换，统计缺页率。
3).假定可用内存块为m(3<=m<=5)，m由控制台输入，初始时，作业页面都不在内存。
4).要求写出一份详细的设计报告。
课程设计报告内容包括：设计目的、设计内容、设计原理、算法实现、流程图、源程序、运行示例及结果分析、心得体会、参考资料等。