页面置换算法实验(内含完整代码)
页面置换算法模拟实验报告材料
实验编号４名称页面置换算法模拟实验目的通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，以便：1、了解虚拟存储技术的特点2、掌握请求页式存储管理中页面置换算法实验内容与步骤设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用FIFO和LRU算法计算访问命中率。
<程序设计>先用srand()函数和rand()函数定义和产生指令序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，并针对不同的算法计算相应的命中率。
<程序1>#include <windows.h> //Windows版，随机函数需要，GetCurrentProcessId()需要//#include <stdlib.h>//Linux版，随机函数srand和rand需要#include <stdio.h> //printf()需要#define TRUE 1#define FALSE 0#define INV ALID -1#define NULL 0#define total_instruction 320 //共320条指令#define total_vp 32 //虚存页共32页#define clear_period 50 //访问次数清零周期typedef struct{//定义页表结构类型〔页面映射表PMT〕int pn, pfn, counter, time;//页号、页框号(块号)、一个周期内访问该页面的次数、访问时间}PMT;PMT pmt[32];typedef struct pfc_struct{//页面控制结构int pn, pfn;struct pfc_struct *next;}pfc_type;pfc_type pfc[32];pfc_type *freepf_head,*busypf_head,*busypf_tail;//空闲页头指针，忙页头指针，忙页尾指针int NoPageCount; //缺页次数int a[total_instruction];//指令流数组int page[total_instruction], offset[total_instruction];//每条指令的页和页内偏移void initialize( int );void FIFO( int );//先进先出void LRU( int );//最近最久未使用void NRU( int );//最近最不经常使用/****************************************************************************main()*****************************************************************************/ void main(){int i,s;//srand(10*getpid());//用进程号作为初始化随机数队列的种子//Linux版srand(10*GetCurrentProcessId());//用进程号作为初始化随机数的种子//Windows版s=rand()%320;//在[0，319]的指令地址之间随机选取一起点mfor(i=0;i<total_instruction;i+=4){//产生指令队列if(s<0||s>319){printf("when i==%d,error,s==%d\n",i,s);exit(0);}a[i]=s;//任意选一指令访问点m。
实验七 页面置换算法的模拟实现报告_川农
实验7页面置换算法的模拟实现三、实验内容与步骤1、定义相关数据#define InitPysiBlocks 4#define MaxPages 16：unsigned int PysicalBlocks[InitPysiBlocks] = { 0 };unsigned int PageSequence[30] = { 1,2,3,6,4,7,3,2,1,4,7,5,6,5,2,1};2、按照教材中FIFO、LRU算法描述进行算法设计unsigned FIFO(unsigned *py,unsigned *pg)unsigned LRU(unsigned *py,unsigned *pg)3、查看运行结果是否与手工计算一致。
四、实验材料的提交与成绩评定1.代码：#include<iostream>usingnamespace std;#define InitPysiBlocks 4#define MaxPages 16unsignedint PysicalBlocks[InitPysiBlocks] = { 0 };unsignedint PageSequence[30] = { 1,2,3,6,4,7,3,2,1,4,7,5,6,5,2,1 };//FIFO算法unsigned FIFO(unsigned *py, unsigned *pg){//初始化填满数据for (int i = 0; i <InitPysiBlocks; i++){py[i] = pg[i];}cout <<"FIFO置换过程如下："<< endl;cout <<py[0] <<" "<<py[1] <<" "<<py[2] <<" "<<py[3] << endl;//判断新获取数据进来的时间int time[4] = { 3,2,1,0 };//开始检测for (int i = 4; i <MaxPages; i++){for (int j = 0; j <InitPysiBlocks; j++){//如果新获取的已存在，直接输出if (py[0] == pg[i] || py[1] == pg[i] || py[2] == pg[i] || py[3] == pg[i]){cout <<py[0] <<" "<<py[1] <<" "<<py[2] <<" "<<py[3] << endl;break;}else{for (int k = 0; k < 4; k++){if (time[k] == 3){time[k] = 0;py[k] = pg[i];}else{time[k]++;}}cout <<py[0] <<" "<<py[1] <<" "<<py[2] <<" "<<py[3] << endl;break;}}}cout <<"置换结束"<< endl;return 0;}//LRU算法//LRU辅助函数:返回除某一排下标后数组中最大元素下标int Max(unsigned *py, int te){int max = 0;int index = -1;for (int i = 0; i <InitPysiBlocks; i++){if (i == te){continue;}else{if (py[i] > max){max = py[i];index = i;}else{continue;}}}return index;}unsigned LRU(unsigned *py, unsigned *pg){//初始化填满数据for (int i = 0; i <InitPysiBlocks; i++){py[i] = pg[i];}cout <<"LRU置换过程如下："<< endl;cout <<py[0] <<" "<<py[1] <<" "<<py[2] <<" "<<py[3] << endl;//判断新获取数据进来的时间unsigned time[4] = { 3,2,1,0 };//统计命中次数int count[4] = { 0 };//开始检测for (int i = InitPysiBlocks; i < 16; i++){for (int j = 0; j <InitPysiBlocks; j++){//如果新获取的已存在，直接输出,并将对应的命中变为1if (py[0] == pg[i] || py[1] == pg[i] || py[2] == pg[i] || py[3] == pg[i]){cout <<py[0] <<" "<<py[1] <<" "<<py[2] <<" "<<py[3] << endl;if (py[0] == pg[i]){count[0] = 1;}elseif (py[1] == pg[i]){count[1] = 1;}elseif (py[2] == pg[i]){count[2] = 1;}elseif (py[3] == pg[i]){count[3] = 1;}else{count[4] = { 0 };}break;}else{if (count[0] == 1){//返回数组中最大值int temp = Max(time, 0);py[temp] = pg[i];for (int k = 0; k <InitPysiBlocks; k++){time[k]++;}time[temp] = 0;count[0] = 0;}elseif (count[1] == 1){//返回数组中最大值int temp = Max(time, 1);py[temp] = pg[i];for (int k = 0; k <InitPysiBlocks; k++){time[k]++;}time[temp] = 0;count[1] = 0;}elseif (count[2] == 1){//返回数组中最大值int temp = Max(time, 2);py[temp] = pg[i];for (int k = 0; k <InitPysiBlocks; k++){time[k]++;}time[temp] = 0;count[2] = 0;}elseif (count[3] == 1){//返回数组中最大值int temp = Max(time, 3);py[temp] = pg[i];for (int k = 0; k <InitPysiBlocks; k++){time[k]++;}time[temp] = 0;count[3] = 0;}else{//返回数组中最大值int temp = Max(time, -1);py[temp] = pg[i];for (int k = 0; k <InitPysiBlocks; k++){time[k]++;}time[temp] = 0;}cout <<py[0] <<" "<<py[1] <<" "<<py[2] <<" "<<py[3] << endl;break;}}}cout <<"置换结束"<< endl;return 0;}int main(){FIFO(PysicalBlocks, PageSequence);LRU(PysicalBlocks, PageSequence);return 0;}2.运行截图：运行结果与手工计算结果一致。
操作系统实验三(页面置换算法)实验报告材料
实验三实验报告实验源码：#include "stdio.h"#include <iostream.h>#include <stdlib.h>#define DataMax 100 // 常量DataMax#define BlockNum 10 // 常量BlockNumint DataShow[BlockNum][DataMax]; // 用于存储要显示的数组bool DataShowEnable[BlockNum][DataMax]; // 用于存储数组中的数据是否需要显示int Data[DataMax]; // 保存数据int Block[BlockNum]; // 物理块int count[BlockNum]; // 计数器int N; // 页面个数int M; // 最小物理块数int ChangeTimes; // 缺页次数void DataInput(); // 输入数据的函数void DataOutput(); // 输出数据的函数void FIFO(); // FIFO 函数void Optimal(); // Optimal函数void LRU(); // LRU函数int main(int argc, char* argv[]){DataInput();int menu;while(true){printf("\n* 菜单选择 *\n");printf("*******************************************************\n");printf("* 1-Optimal *\n");printf("* 2-FIFO *\n");printf("* 3-LRU *\n");printf("* 4-返回上一级 *\n");printf("* 0-EXIT *\n");printf("*******************************************************\n");scanf("%d",&menu);switch(menu){case 1:Optimal();break;case 2:FIFO();break;case 3:LRU();break;case 0:exit(0);break;case 4:system("cls");DataInput();break;}if(menu != 1 && menu != 2 && menu != 3 && menu != 0 && menu !=4) { system("cls");printf("\n请输入0 - 4之间的整数！\n");continue;}}return 0;}void DataInput(){int i,choice;printf("请输入最小物理块数：");scanf("%d",&M);// 输入最小物理块数大于数据个数while(M > BlockNum){printf("物理块数超过预定值，请重新输入：");scanf("%d",&M);}printf("请输入页面的个数：");scanf("%d",&N);// 输入页面的个数大于数据个数while(N > DataMax){printf("页面个数超过预定值，请重新输入：");scanf("%d",&N);}printf("请选择产生页面访问序列的方式(1.随机 2.输入)：");scanf("%d",&choice);switch(choice){case 1:// 产生随机访问序列for(i = 0;i < N;i++){Data[i] = (int)(((float) rand() / 32767) * 10); // 随机数大小在0 - 9之间}system("cls");// 显示随机产生的访问序列printf("\n随机产生的访问序列为：");for(i = 0;i < N;i++){printf("%d ",Data[i]);}printf("\n");break;case 2:// 输入访问序列printf("请输入页面访问序列：\n");for(i = 0;i < N;i++)scanf("%d",&Data[i]);system("cls");// 显示输入的访问序列printf("\n输入的访问序列为：");for(i = 0;i < N;i++){printf("%d ",Data[i]);}printf("\n");break;default:while(choice != 1 && choice != 2){printf("请输入1或2选择相应方式:");scanf("%d",&choice);}break;}}void DataOutput(){int i,j;// 对所有数据操作for(i = 0;i < N;i++){printf("%d ",Data[i]);}printf("\n");for(j = 0;j < M;j++){// 对所有数据操作for(i = 0;i < N;i++){if( DataShowEnable[j][i] )printf("%d ",DataShow[j][i]);elseprintf(" ");}printf("\n");}printf("缺页次数: %d\n",ChangeTimes);printf("缺页率: %d %%\n",ChangeTimes * 100 / N); }// 最佳置换算法void Optimal(){int i,j,k;bool find;int point;int temp; // 临时变量，比较离的最远的时候用int m = 1,n;ChangeTimes = 0;for(j = 0;j < M;j++){for(i=0;i < N;i++)DataShowEnable[j][i] = false; // 初始化为false，表示没有要显示的数据}}for(i = 0;i < M;i++){count[i] = 0 ; // 初始化计数器}// 确定当前页面是否在物理块中，在继续，不在置换/////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////Block[0] = Data[0];for(i = 1;m < M;i++){int flag = 1;for(n = 0; n < m;n++){if(Data[i] == Block[n]) flag = 0;}if(flag == 0) continue;Block[m] = Data[i];m++;}/////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ///////// 对所有数据进行操作for(i=0;i < N;i++){// 表示块中有没有该数据find = false;for(j = 0;j < M;j++){if( Block[j] == Data[i] ){find = true;}}if( find ) continue; // 块中有该数据，判断下一个数据// 块中没有该数据，最优算法ChangeTimes++; // 缺页次数++for(j = 0;j < M;j++)// 找到下一个值的位置find = false;for( k = i;k < N;k++){if( Block[j] == Data[k] ){find = true;count[j] = k;break;}}if( !find ) count[j] = N;}// 因为i是从0开始记，而BlockNum指的是个数，从1开始，所以i+1if( (i + 1) > M ){//获得要替换的块指针temp = 0;for(j = 0;j < M;j++){if( temp < count[j] ){temp = count[j];point = j; // 获得离的最远的指针}}}else point = i;// 替换Block[point] = Data[i];// 保存要显示的数据for(j = 0;j < M;j++){DataShow[j][i] = Block[j];DataShowEnable[i < M ? (j <= i ? j : i) : j][i] = true; // 设置显示数据}}// 输出信息printf("\nOptimal => \n");DataOutput();// 先进先出置换算法void FIFO(){int i,j;bool find;int point;int temp; // 临时变量int m = 1,n;ChangeTimes = 0;for(j = 0;j < M;j++){for(i = 0;i < N;i++){DataShowEnable[j][i] = false; // 初始化为false，表示没有要显示的数据}}for(i = 0;i < M;i++){count[i] = 0; // 大于等于BlockNum，表示块中没有数据，或需被替换掉// 所以经这样初始化（3 2 1），每次替换>=3的块，替换后计数值置1，// 同时其它的块计数值加1 ，成了（1 3 2 ），见下面先进先出程序段}// 确定当前页面是否在物理块中，在继续，不在置换/////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////Block[0] = Data[0];for(i = 1;m < M;i++){int flag = 1;for(n = 0; n < m;n++){if(Data[i] == Block[n]) flag = 0;}if(flag == 0) continue;Block[m] = Data[i];m++;}/////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ///////// 对有所数据操作for(i = 0;i < N;i++){// 增加countfor(j = 0;j < M;j++){count[j]++;}find = false; // 表示块中有没有该数据for(j = 0;j < M;j++){if( Block[j] == Data[i] ){find = true;}}// 块中有该数据，判断下一个数据if( find ) continue;// 块中没有该数据ChangeTimes++; // 缺页次数++// 因为i是从0开始记，而M指的是个数，从1开始，所以i+1 if( (i + 1) > M ){//获得要替换的块指针temp = 0;for(j = 0;j < M;j++){if( temp < count[j] ){temp = count[j];point = j; // 获得离的最远的指针}}}else point = i;// 替换Block[point] = Data[i];count[point] = 0; // 更新计数值// 保存要显示的数据for(j = 0;j < M;j++){DataShow[j][i] = Block[j];DataShowEnable[i < M ? (j <= i ? j : i) : j][i] = true; // 设置显示数据}}// 输出信息printf("\nFIFO => \n");DataOutput();}// 最近最久未使用置换算法void LRU(){int i,j;bool find;int point;int temp; // 临时变量int m = 1,n;ChangeTimes = 0;for(j = 0;j < M;j++){for(i = 0;i < N;i++){DataShowEnable[j][i] = false; // 初始化为false，表示没有要显示的数据}}for(i = 0;i < M;i++){count[i] = 0 ; // 初始化计数器}// 确定当前页面是否在物理块中，在继续，不在置换/////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////Block[0] = Data[0];for(i = 1;m < M;i++){int flag = 1;for(n = 0; n < m;n++){if(Data[i] == Block[n]) flag = 0;}if(flag == 0) continue;Block[m] = Data[i];m++;}/////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ///////// 对有所数据操作for(i = 0;i < N;i++){// 增加countfor(j = 0;j < M;j++){count[j]++;}find = false; // 表示块中有没有该数据for(j = 0;j < M;j++){if( Block[j] == Data[i] ){count[j] = 0;find = true;}}// 块中有该数据，判断下一个数据if( find ) continue;// 块中没有该数据ChangeTimes++;// 因为i是从0开始记，而BlockNum指的是个数，从1开始，所以i+1if( (i + 1) > M ){//获得要替换的块指针temp = 0;for(j = 0;j < M;j++){if( temp < count[j] ){temp = count[j];point = j; // 获得离的最远的指针}}}else point = i;// 替换Block[point] = Data[i];count[point] = 0;// 保存要显示的数据for(j=0;j<M;j++){DataShow[j][i] = Block[j];DataShowEnable[i < M ?(j <= i ? j : i) : j][i] = true; // 设置显示数据}}// 输出信息printf("\nLRU => \n");DataOutput();}实验结果截图：程序运行：输入相应数据：选择相应算法：最佳置换算法：先进先出算法：最近最久未使用算法：。
实验五虚拟内存页面置换算法
实验五虚拟内存页⾯置换算法实验五虚拟内存页⾯置换算法⼀：实验⽬的通过这次实验，加深对虚拟内存页⾯置换概念的理解，进⼀步掌握先进先出FIFO、最佳置换OPI和最近最久未使⽤LRU页⾯置换算法的实现⽅法。
⼆：实验内容问题描述：设计程序模拟先进先出FIFO、最佳置换OPI和最近最久未使⽤LRU页⾯置换算法的⼯作过程。
假设内存中分配给每个进程的最⼩物理块数为m，在进程运⾏过程中要访问的页⾯个数为n，页⾯访问序列为P1, … ,P n，分别利⽤不同的页⾯置换算法调度进程的页⾯访问序列，给出页⾯访问序列的置换过程，计算每种算法缺页次数和缺页率。
程序要求：1）利⽤先进先出FIFO、最佳置换OPI和最近最久未使⽤LRU三种页⾯置换算法模拟页⾯访问过程。
2）模拟三种算法的页⾯置换过程，给出每个页⾯访问时的内存分配情况。
3）输⼊：最⼩物理块数m，页⾯个数n，页⾯访问序列P1, … ,P n，算法选择1-FIFO，2-OPI，3-LRU。
4）输出：每种算法的缺页次数和缺页率。
实现提⽰：⽤C++语⾔实现提⽰：1）程序中变量定义参考如下：int PageOrder[MaxNumber];int Time[MaxNumber];int Simulate[MaxNumber][MaxNumber];int PageCount[MaxNumber];int PageNum,LackNum,PageMin;double LackPageRate;bool found;2）页⾯置换的实现过程如下：变量初始化；接收⽤户输⼊最⼩物理块数m，页⾯个数n，页⾯序列P1, … ,P n，选择算法1-FIFO，2-OPI，3-LRU；根据⽤户选择的算法进⾏页⾯的分配和置换，输出页⾯置换算法的模拟过程；计算选择算法的缺页次数和缺页率；输出选择算法的缺页次数和缺页率。
三：概要设计输⼊函数void input()初始化函数void Initial()最佳置换算法的函数void OPI()最近最久未使⽤置换算法void LRU()主函数void main(){input();int s=0;while(s!=4){cout<<"请选择算法："<cout<<"1：先进先出；2：最佳值换算法；3：最近最久未使⽤置换算法；4：退出"< cin>>s;switch(s){case 1:FIFO();show();break;case 2:OPI();show();break;case 3:LRU();show();break;case 4:return;default:cout<<"输⼊数字不对，请重新输⼊：";break;}}}页⾯数列7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1系统为进程分配的物理块：3输出结果如截图所⽰：先进先出算法：2.最佳置换算法3.LRU算法说明：—1表⽰的是物理块中没有页⾯。
操作系统实验5 页面置换算法
操作系统实验报告计算机0703班200729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结束读逻辑页面否是否已调入物理页面是当前物理页面表是否已满淘汰最先进入页是失效次数加1将读的页调入物理页面表是否已读完逻辑页面退出是否读逻辑页面否是否已调入物理页面当前物理页面表是否已满淘汰最先进入页是失效次数加1将读的页调入物理页面表是否已读完逻辑页面退出是否调整物理页面表中页的顺序是五、程序源代码、文档注释及文字说明#include<stdio.h> #include<sys/types.h> #include<stdlib.h> #include<sys/stat.h> #include<fcntl.h> #include<error.h>#include<wait.h>#include<unistd.h>main(){int p1,p2;int i,j,k,t,m,kk,r1,r2;int temp1,temp2,temp3;int diseffect1=0;int diseffect2=0;int k1=0;int k2=0; int f1=0;int f2=0;float f;int Access_series[8];struct one_frame{int page_no;char flag;};int mframe=5;struct one_frame M_Frame[5];for(i=0;i<mframe;i++) M_Frame[i].page_no=-1;printf("yemian: ");for(i=0;i<8;i++) //产生随机数{Access_series[i]=rand()%8+1;printf("%d ",Access_series[i]);}printf("\n");}while((p1=fork())==-1);if(p1==0){for(j=0;j<8;j++){r1=Access_series[j]; //读入一个逻辑页面for(k=0;k<k1;k++) //查找页面是否已存在于物理页面{if(r1!=M_Frame[k].page_no) continue;else{ printf("have found!\n");for(i=0;i<k1;i++) //存在则显示，并标记，返回读入逻辑页面printf("%d ",M_Frame[i]);printf("\n");f1=1;break;}}if(f1==0){diseffect1++; //若不存在，发生缺页，则失效率加1if(k1<mframe) //物理页面没有分配满{M_Frame[k1].page_no=r1; //分配一个空的物理页面M_Frame[k1].flag='Y';k1++;for(i=0;i<8;i++)printf("%d",Access_series[i]);printf("\n");printf("diseffect!");printf(" %d\n",diseffect1);for(i=0;i<k1;i++)printf("%d ",M_Frame[i]);printf("\n");}else{ temp1=M_Frame[0].page_no; //物理页面表已满for(i=1;i<5;i++)M_Frame[i-1]=M_Frame[i];M_Frame[4].page_no=r1; //淘汰最早进入的M_Frame[0]//并将所读的逻辑页面调入for(i=0;i<8;i++)printf("%d",Access_series[i]);printf("\n");printf("diseffect! %d\n",diseffect1);printf("lose %d\n",temp1);for(i=0;i<k1;i++)printf("%d ",M_Frame[i]);printf("\n");}}f1=0;}f=diseffect1/8.0; //统计缺页率printf("diseffect rate of FIFO %f\n",f);exit(0);}wait(0);for(i=0;i<mframe;i++) M_Frame[i].page_no=-1;while((p2=fork())==-1) ; //创建子进程2if(p2==0){for(m=0;m<8;m++){r2=Access_series[m]; //读入逻辑页for(kk=0;kk<k2;kk++){if(r2!=M_Frame[kk].page_no) //首先在物理页面中查找continue;else{printf("have found!\n"); //找到for(t=kk+1;t<k2;t++) //调整数组顺序，使刚被访问的页面在最后的位置M_Frame[t-1].page_no=M_Frame[t].page_no;M_Frame[t-1].page_no=r2;for(i=0;i<k2;i++)printf("%d ",M_Frame[i].page_no);printf("\n");f2=1;break;}}if(f2==0) //没有找到，发生缺页{diseffect2++; //缺页率加1if(k2<mframe) //物理页面还没有分配完{M_Frame[k2].page_no=r2; //选择空页面分配M_Frame[k2].flag='Y';k2++;for(i=0;i<8;i++)printf("%d ",Access_series[i]);printf("\n");printf("diseffect! %d\n",diseffect2);for(i=0;i<k2;i++)printf("%d ",M_Frame[i]);printf("\n");}else{ //淘汰最近最久未访问的M_Frame[0]temp3=M_Frame[0].page_no;for(i=1;i<mframe;i++)M_Frame[i-1].page_no=M_Frame[i].page_no;M_Frame[mframe-1].page_no=r2; //将当前页调入for(i=0;i<8;i++)printf("%d ",Access_series[i]);printf("\n");printf("diseffect %d\n",diseffect2);;printf("lose %d\n",temp3);for(i=0;i<k2;i++)printf("%d ",M_Frame[i]);printf("\n");}}f2=0;}f=diseffect2/8.0; //统计失效率printf("diseffect rate of LRU %f\n",f);exit(0);}}六、运行结果及其说明FIFO：8，7，2，4缺页调入，2，8命中，3缺页调入，5缺页淘汰8，调入5；LRU：8，7，2，4缺页调入，访问2，把2移到数组尾，访问8，把8移到数组尾，3缺页调入，5缺页，淘汰7，调入5。
页面置换算法模拟程序-附代码
目录1．问题的提出 (2)1.1关于页面置换算法模拟程序问题的产生 (2)1.2任务分析 (2)2．需求分析 (2)3．方案设计 (3)4．总体设计 (4)4.1程序N-S图 (4)4.2主要的函数 (4)4.3主要流程图及代码 (5)4.3.1 FIFO（先进先出） (5)4.3.2 LRU（最近最久未使用） (6)4.3.3 OPT（最佳置换算法） (8)4.4实现结果 (11)5．程序测试 (14)5.1设计测试数据 (14)5.2测试结果及分析 (15)摘要随着计算机的普及人们的物质生活得到了极大的满足，人们在精神生活方面同样也需要提高，所以越来越多的人进行着各种各样的学习。
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《操作系统教程》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。
关键词：编制页面置换算法模拟程序、打印页面、FIFO页面算法、LRU页面置换算法、OPT页面置换算法。
引言1．问题的提出1.1关于页面置换算法模拟程序问题的产生在各种存储器管理方式中，有一个共同的特点，即它们都要求将一个作业全部装入内存方能运行，但是有两种情况：（1）有的作业很大，不能全部装入内存，致使作业无法运行；（2）有大量作业要求运行，但内存容量不足以容纳所有这些作业。
实验六 页面置换算法模拟实验
实验六页面置换算法模拟实验一、实验目的1. 掌握虚拟存储器的实现方法。
2. 掌握各种页面置换算法。
3. 比较各种页面置换算法的优缺点。
二、实验内容模拟实现各种页面置换算法。
具体步骤为：1. 使用产生随机数函数得到一个随机的数列，作为将要载入的页面序列。
2. 可以选择使用先进先出（FIFO）算法、最近最久未使用（LRU）置换算法和最佳（OPT）置换算法，给出所需淘汰的页面号序列。
3. 列出缺页中断次数。
三、实验源程序/* 程序说明：本程序假设内存为程序分配的内存块数为4。
*//* 进入程序后可以根据菜单项进入不同的模块 *//* 1.使用首次适应算法分配空间 *//* 2.最近最久未使用的页面 *//* 3.使用最佳适应算法分配空间 *//* 4.显示有多少个缺页中断 *//* 5.推出系统 */#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<time.h>#define N 39 /* 随机数序列的长度*/#define B 4 /* 内存的页面数 *//函数名：IsInBuf//功能：返回某个数x有没有在缓冲Buf[]中，若在，返回其位置；若不在，则返回-1/ int IsInBuf(int buf[],int x){ int i,j=-1;for(i=0;i<B;i++){ if(buf[i]==x) {j=i;break;}else if(buf[i]==-1){buf[i]=x;j=i;break;}}return j;}/函数名：oldest()//功能：返回最近最久未使用的页面的位置/int oldest(int f[]){ int i,j=0,max=-1;for(i=0;i<B;i++){ if(f[i]>max) {max=f[i];j=i;}f[i]++;}return j;}/函数名：oldest2()//功能：返回未来最长时间不使用的页面的位置/int oldest2(int list[],int buf[],int f[],int start) { int i,j;for(i=0;i<B;i++){ for(j=start;j<N;j++){ if(buf[i]==list[j]) break;}f[i]=j;}return oldest(f);}/函数名：main（）/main(){ int list[N];int buf[B],f[B],i,j,k,max,min;int old=0;int change=0;/生成一系列随机数并初始化环境/srand((int)time(NULL));for(i=0;i<B;i++) buf[i]=f[i]=-1;printf(“\nThe Random List:\n”);for(i=0;i<N;i++){ list[i]=(int) rand()%10;printf(“%2d”,list[i]);}/显示FIFO淘汰页面的序列/printf(“\nFIFO:\n”);change=0;for(i=0;i<N;i++){j=IsInBuf(buf,list[i]);if(j==-1){ printf(“%2d”,buf[old]);buf[old]=list[i];old=(old+1)%(int)B;change++;}elseprintf(“”);}/显示有多少个缺页中断/printf(“\nchanges:%d\n”,change);/显示LRU淘汰页面的序列/printf(“LRU :\n”);change=0;for(i=0;i<B;i++) buf[i]=f[i]=-1;for(i=0;i<N;i++){j=IsInBuf(buf,list[i]);old=oldest(f);if(j==-1){ printf(“%2d”,buf[old]);buf[old]=list[i];f[old]=0;change++;}else{ f[j]=0;printf(“”);}}/显示有多少个缺页中断/printf(“\nchanges:%d\n”,change);/显示OPT淘汰页面的序列/printf(“OPT :\n”);change=0;for(i=0;i<B;i++) buf[i]=f[i]=-1;for(i=0;i<N;i++){j=IsInBuf(buf,list[i]);if(j==-1){ old=oldest2(list,buf,f,i);printf(“%2d”,buf[old]);buf[old]=list[i];f[old]=0;change++;}else{ printf(“”);}}/显示有多少个缺页中断/printf(“\nchanges:%d\n”,change);}说明：多次运行结果并不相同，分析一下原因。
页面置换 操作系统实验报告
实验二页面置换算法实现一、实验目的（1）了解内存分页管理策略（2）掌握调页策略（3）掌握一般常用的调度算法（4）学会各种存储分配算法的实现方法。
（5）了解页面大小和内存实际容量对命中率的影响。
二、实验内容采用页式分配存储方案，通过分别计算不同算法的命中率来比较算法的优劣，同时也考虑页面大小及内存实际容量对命中率的影响，设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用下述算法来模拟实现页面的置换：1. 先进先出的算法（FIFO）2. 最近最久未使用算法（LRU）3. 最佳置换算法（OPT）实验分析在进程运行过程中，若其所访问的页面不存在内存而需要把它们调入内存，但内存已无空闲时，为了保证该进程能够正常运行，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。
但应调出哪个页面，需根据一定的算法来确定，算法的好坏，直接影响到系统的性能。
一个好的页面置换算法，应该有较低的页面更换频率。
2.1 先进先出（FIFO ）页面置换算法当需要访问一个新的页面时，首先查看物理块中是否就有这个页面，若要查看的页面物理块中就有，则直接显示，不需要替换页面；如果要查看的页面物理块中没有，就需要寻找空闲物理块放入，若存在有空闲物理块，则将页面放入；若没有空闲物理块，则替换页面。
并将物理块中所有页面 timer++。
2.2 最近久未使用 (LRU) 置换算法的思路最近久未使用置换算法的替换规则，是根据页面调入内存后的使用情况来进行决策的。
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，当需淘汰一个页面的时候选择现有页面中其时间值最大的进行淘汰。
2.3 最佳（OPT）置换算法的思路其所选择的被淘汰的页面，是以后不使用的，或者是在未来时间内不再被访问的页面，采用最佳算法，通常可保证获得最低的缺页率。
三、实验流程3.1 系统功能图图3-1 系统功能图3.2 算法流程图1）先进先出（FIFO ）页面置换算法流程图图3-2 先进先出页面置换算法流程图2）最近久未使用 (LRU) 置换算法图3-3 最近久未使用置换算法流程图3）最佳（ OPT ）置换算法图3-4 最佳置换算法流程图四、源程序#include<iostream.h>#include <stdlib.h>#include <time.h>#include <stdio.h>#define L 20 //页面长度最大为20int M; //内存块struct Pro//定义一个结构体{int num,time;};Input(int m,Pro p[L])//打印页面走向状态{cout<<"请输入页面长度(10～20)：";do{cin>>m;if(m>20||m<10){ cout<<endl;cout<<"页面长度必须在10～20之间"<<endl<<endl;cout<<"请重新输入L：";}else break;}while(1);int i,j;j=time(NULL);//取时钟时间srand(j);//以时钟时间j为种子，初始化随机数发生器cout<<endl;cout<<"输出随机数: "<<endl;cout<<endl;for(i=0;i<m;i++){p[i].num=rand( )%10;//产生0到9之间的随机数放到数组p中p[i].time=0;cout<<p[i].num<<" ";}cout<<endl<<endl;return m;}void print(Pro *page1)//打印当前的页面{Pro *page=new Pro[M];page=page1;for(int i=0;i<M;i++)cout<<page[i].num<<" ";cout<<endl;}int Search(int e,Pro *page1 )//寻找内存块中与e相同的块号{Pro *page=new Pro[M];page=page1;for(int i=0;i<M;i++)if(e==page[i].num)return i;//返回i值return -1;}int Max(Pro *page1)//寻找最近最长未使用的页面{Pro *page=new Pro[M];page=page1;int e=page[0].time,i=0;while(i<M) //找出离现在时间最长的页面{if(e<page[i].time) e=page[i].time;i++;}for( i=0;i<M;i++)if(e==page[i].time)return i;//找到离现在时间最长的页面返回其块号return -1;}int Count(Pro *page1,int i,int t,Pro p[L])//记录当前内存块中页面离下次使用间隔长度{Pro *page=new Pro[M];page=page1;int count=0;for(int j=i;j<L;j++){if(page[t].num==p[j].num )break;//当前页面再次被访问时循环结束else count++;//否则count+1}return count;//返回count的值}int main(){int c;int m=0,t=0;float n=0;Pro p[L];m=Input(m,p);//调用input函数，返回m值cout<<"请输入分配的物理块m(2～6): ";cout<<endl<<endl;do{cin>>M;if(M>6||M<2){ cout<<endl;cout<<"物理块m必须在2～6之间"<<endl<<endl;cout<<"请重新输入m： ";}else break;}while(1);Pro *page=new Pro[M];do{for(int i=0;i<M;i++)//初始化页面基本情况{ page[i].num=0;page[i].time=m-1-i;}i=0;cout<<endl;cout<<"1:FIFO页面置换2:LRU页面置换"<<endl;cout<<"3:OPT页面置换4:退出"<<endl;cout<<"请选择页面置换算法："<<endl;cin>>c;if(c==1)//FIFO页面置换{n=0;cout<<" FIFO算法页面置换情况如下: "<<endl;cout<<endl;while(i<m){if(Search(p[i].num,page)>=0) //当前页面在内存中{cout<<p[i].num<<" "; //输出当前页p[i].numcout<<"不缺页"<<endl;i++; //i加1}else //当前页不在内存中{if(t==M)t=0;else{n++; //缺页次数加1page[t].num=p[i].num; //把当前页面放入内存中cout<<p[i].num<<" ";print(page); //打印当前页面t++; //下一个内存块i++; //指向下一个页面}}}cout<<endl;cout<<"缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n/m<<endl<<endl; }if(c==2)//LRU页面置换{n=0;cout<<" LRU算法页面置换情况如下: "<<endl;cout<<endl;while(i<m){int a;t=Search(p[i].num,page);if(t>=0)//如果已在内存块中{ page[t].time=0;//把与它相同的内存块的时间置0 for(a=0;a<M;a++)if(a!=t)page[a].time++;//其它的时间加1cout<<p[i].num<<" ";cout<<"不缺页"<<endl;}else //如果不在内存块中{n++; //缺页次数加1t=Max(page); //返回最近最久未使用的块号赋值给tpage[t].num=p[i].num; //进行替换page[t].time=0; //替换后时间置为0cout<<p[i].num<<" ";print(page);for(a=0;a<M;a++)if(a!=t) page[a].time++; //其它的时间加1 }i++;}cout<<endl;cout<<"缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n/m<<endl<<endl; }if(c==3)//OPT页面置换{n=0;cout<<" OPT算法置换情况如下:"<<endl;cout<<endl;while(i<m){if(Search(p[i].num,page)>=0)//如果已在内存块中{cout<<p[i].num<<" ";cout<<"不缺页"<<endl;i++;}else//如果不在内存块中{int a=0;for(t=0;t<M;t++)if(page[t].num==0)a++;//记录空的内存块数if(a!=0) //有空内存{int q=M;for(t=0;t<M;t++)if(page[t].num==0&&q>t)q=t;//把空内存块中块号最小的找出来page[q].num=p[i].num;n++;cout<<p[i].num<<" ";print(page);i++;}else{int temp=0,s;for(t=0;t<M;t++)//寻找内存块中下次使用离现在最久的页面if(temp<Count(page,i,t,p)){temp=Count(page,i,t,p);s=t; }//把找到的块号赋给spage[s].num=p[i].num;n++;cout<<p[i].num<<" ";print(page);i++;}}}cout<<endl;cout<<"缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n/m<<endl<<endl;}if(c == 4) break;}while(c==1||c==2||c==3);return 0;}五、实验结果5.1 程序主界面运行程序后，将会提示用户输入页面长度，长度在10到20之间。
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实验二存储管理一、实验目的通过模拟实现请求页式存储管理的几种基本页面置换算法，了解虚拟存储技术的特点，掌握虚拟存储请求页式存储管理中几种基本页面置换算法的基本思想和实现过程，并比较它们的效率。
二、实验内容基于一个虚拟存储区和内存工作区，设计下述算法并计算访问命中率。
1、最佳淘汰算法（OPT）2、先进先出的算法（FIFO）3、最近最久未使用算法（LRU）4、简单时钟(钟表)算法（CLOCK）命中率＝１－页面失效次数／页地址流(序列)长度三、实验原理简述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。
当进程在运行中需要访问某部分程序和数据时，发现其所在页面不在内存，就立即提出请求（向CPU发出缺中断），由系统将其所需页面调入内存。
这种页面调入方式叫请求调页。
为实现请求调页，核心配置了四种数据结构：页表、页帧（框）号、访问位、修改位、有效位、保护位等。
当CPU接收到缺页中断信号，中断处理程序先保存现场，分析中断原因，转入缺页中断处理程序。
该程序通过查找页表，得到该页所在外存的物理块号。
如果此时内存未满，能容纳新页，则启动磁盘I/O将所缺之页调入内存，然后修改页表。
如果内存已满，则须按某种置换算法从内存中选出一页准备换出，是否重新写盘由页表的修改位决定，然后将缺页调入，修改页表。
利用修改后的页表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。
整个页面的调入过程对用户是透明的。
四、算法描述本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。
即使用srand( )和rand( )函数定义和产生指令序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，并针对不同的算法计算出相应的命中率。
（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：A：50%的指令是顺序执行的B：25%的指令是均匀分布在前地址部分C：25%的指令是均匀分布在后地址部分具体的实施方法是：A：在[0，319]的指令地址之间随机选取一起点mB：顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令C：在前地址[0,m+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为m’D：顺序执行一条指令，其地址为m’+1E：在后地址[m’+2，319]中随机选取一条指令并执行F：重复步骤A-E，直到320次指令（2）将指令序列变换为页地址流设：页面大小为1K；用户内存（页帧）容量为4页~32页；用户虚存容量为32K。
在用户虚存中，按每K存放10条指令排列虚存地址，即320条指令在虚存中的存放方式为：第0 条-第9 条指令为第0页（对应虚存地址为[0，9]）第10条-第19条指令为第1页（对应虚存地址为[10，19]）………………………………第310条-第319条指令为第31页（对应虚存地址为[310，319]）按以上方式，用户指令可组成32页。
五、算法实现与分析1.常量及变量#define total_instruction 320 //指令流长#define total_vp 32 //虚页长#define clear_period 50 //清周期pfc_type pfc[total_vp], //主存区页面控制结构数组pfc_type *freepf_head, //主存区页面控制结构的空闲页面头指针pfc_type *busypf_head, //主存区页面控制结构的忙页面头指针pfc_type *busypf_tail; //主存区页面控制结构的忙页面尾指针int diseffect; //页错误计数器，初次把页面载入主存时也当做页错误pl_type pl[total_vp]; //页面结构数组2.数据结构typedef struct//页面结构{int pn, //页面序号pfn, //页面所在内存区的帧号counter, //单位时间内访问次数time; //上次访问的时间}pl_type;struct pfc_struct{ //页面控制结构，模拟内存中的页集int pn, //页面号pfn; //内存区页面的帧号struct pfc_struct *next; //页面指针，用于维护内存缓冲区的链式结构};3.函数定义int initialize(int); //初始化页面结构数组和页面控制结构数组int FIFO(int); //先进先出算法int LRU(int); //最近最久未使用算法int OPT(int); //最佳置换算法int CLOCK(int); //简单时钟(钟表)算法六、实验结果分析实验数据结果：------------随机产生指令流------------257 258 37 38226 227 109 110184 185 164 165166 167 59 60310 311 135 136148 149 105 106240 241 121 122124 125 50 51315 316 308 309312 313 299 300315 316 284 285284 285 272 273318 319 216 217310 311 266 267318 319 127 128129 130 52 5353 54 48 49130 131 62 63159 160 107 108206 207 130 131167 168 123 124272 273 23 24123 124 32 33303 304 163 164206 207 134 135269 270 123 124177 178 124 125244 245 54 5568 69 5 6165 166 144 145270 271 75 7688 89 65 6669 70 31 3256 57 40 41189 190 73 74 92 93 50 51 92 93 77 78 88 89 62 63 125 126 71 72 255 256 125 126 289 290 97 98 235 236 163 164 240 241 29 30 158 159 80 81 280 281 263 264 312 313 58 59 226 227 78 79 121 122 108 109 202 203 32 33 42 43 18 19 153 154 67 68 292 293 63 64 264 265 54 55 269 270 40 41 296 297 295 296 318 319 269 270 278 279 214 215 222 223 186 187 220 221 30 31 268 269 33 34 226 227 117 118 211 212 170 171 313 314 77 78 248 249 34 35 232 233 25 26 82 83 59 60 61 62 23 24 168 169 24 25 259 260 239 240 318 319 275 276 283 284 74 75 244 245 144 145 244 245 86 87 120 121 115 116 238 239 209 210 275 276 215 216 284 285 214 215 285 286 186 187208 209 162 163238 239 41 42----------------------------------------不同页面工作区各种替换策略的命中率表--Page FIFO LRU OPT CLOCK4 0.550 0.559 0.669 0.5505 0.566 0.572 0.700 0.5726 0.578 0.594 0.722 0.5787 0.591 0.603 0.741 0.5978 0.631 0.628 0.756 0.6379 0.637 0.656 0.772 0.65010 0.641 0.669 0.787 0.65311 0.656 0.678 0.800 0.66612 0.688 0.684 0.813 0.67213 0.703 0.697 0.822 0.69714 0.713 0.713 0.831 0.71915 0.722 0.728 0.841 0.72216 0.731 0.747 0.850 0.74117 0.744 0.772 0.856 0.74718 0.769 0.778 0.863 0.76919 0.778 0.787 0.869 0.77820 0.781 0.797 0.875 0.79421 0.787 0.800 0.881 0.80622 0.816 0.809 0.887 0.80923 0.822 0.822 0.891 0.82224 0.838 0.831 0.894 0.83825 0.844 0.847 0.897 0.84126 0.847 0.856 0.900 0.85627 0.847 0.869 0.900 0.85928 0.856 0.878 0.900 0.87229 0.859 0.884 0.900 0.87830 0.881 0.891 0.900 0.89131 0.897 0.897 0.900 0.89732 0.900 0.900 0.900 0.900请按任意键继续. . .结果分析：理论上，四种替换算法的命中率由高到底排列应该是OPT>LRU>CLOCK>FIFO。
实际上，从实验数据观测得到，存在这种由高到低的趋势，由page=4时可以观测到，但是效果不是很明显。
效果不明显的原因：推测与指令流的产生方式有关系。
因为指令流的产生方式要能体现局部性原理，所以该指令流产生设计为：50%的指令是顺序执的，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。
但是这样的指令流设计方式能否最佳地体现局部性原理，这还有待验证。
同时，估计和指令数量有关系。
因为320条指令太少了，通常一个稍大点的程序都几千行指令了。
而且由于随即数产生具有一定的波动性，该命中率的计算也有一定的波动性。
所以会有局部的实验数据与理论不符。
改进方法是多次实验取平均值，这样可以减小波动，让实验数据更加平滑。
唯一显著的是OPT算法的命中率与其他3个调度算法保持了比较大的差距。
例如在page=26时，OPT算法就能达到0.9的命中率了。
到后期，由于page越来越大，因此越来越容易命中，因此各替换算法的命中率差距变小了。