操作系统课程设计-页面置换算法
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-页面置换算法

操作系统-页面置换算法操作系统页面置换算法在操作系统中,页面置换算法是一项至关重要的技术,它主要用于管理内存中的页面,当内存空间不足时,决定哪些页面应该被替换出去,为新的页面腾出空间。
这一过程对于系统的性能和效率有着直接的影响。
想象一下,内存就像是一个有限大小的书架,而页面就像是一本本书。
当书架已经满了,但我们还想放入新的书时,就必须要把一些书拿出来,为新书腾出位置。
页面置换算法就是决定拿哪本书出来的规则。
常见的页面置换算法有多种,下面我们来详细了解一下。
首先是先进先出(FIFO)算法。
它的原理就像排队一样,先进入内存的页面先被替换出去。
这种算法实现起来比较简单,但可能会出现一种叫做“Belady 异常”的现象,即增加分配给进程的物理块数量时,反而可能会导致缺页率增加。
这是因为可能先进入的页面是经常被使用的,而后面进来的是不常使用的,这样就容易造成错误的替换。
接下来是最近最久未使用(LRU)算法。
它的思路是把最近一段时间内最久没有被使用的页面替换出去。
这种算法的性能通常比较好,因为它更能反映页面的实际使用情况。
但它的实现相对复杂,需要额外的硬件支持或者通过软件来模拟实现。
然后是最近未使用(NRU)算法。
这个算法会把页面分为四类:未被访问且未被修改、未被访问但已被修改、已被访问但未被修改、已被访问且已被修改。
然后根据这些分类来选择替换的页面。
它的优点是实现相对简单,但可能不如 LRU 算法那么精确。
还有一种叫做时钟(Clock)算法,也称为第二次机会算法。
它把所有的页面组成一个环形链表,通过一个指针来遍历。
当需要替换页面时,如果页面的访问位是 0 ,则直接替换;如果是 1 ,则将其访问位置为 0 ,然后指针继续移动,直到找到访问位为 0 的页面。
除了以上这些,还有最优(OPT)算法。
这是一种理想的算法,它会选择未来最长时间内不会被使用的页面进行替换。
但由于它需要预先知道未来的页面访问情况,所以在实际中是无法实现的,通常只是用来作为评估其他算法性能的标准。
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。
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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随机数发生器
#include <stdlib.h>
#include <time.h> //准备用时钟函数调用库函数
t=time(NULL);//取时钟时间并存入t调用库函数
srand(t);//用时间t初始化随机数发生器调用库函数
x=rand( )%10+1;//返回一个1~10之间的随机数
从内存中调出一页程序或数据送磁盘的对换区中,通常,把选择换出的页面的算法称为页面置换算法(Page-Replacement Algorithms)。进而页面置换算法模拟程序能客观的将其工作原理展现在我们面前。
1.2 任务分析
首先,定义宏变量,设置所占最大内存长度。编辑以时间为种子,初始化随即发生器。进行相关页面输入程序的编写以及页面的打印。尔后,寻找最近最近最久未使用的页面 、记录当前内存块中页面离下次使用间隔长度等相关程序的代码编写。最后,进行)FIFO、LRU、OPT三种算法的编写。
2.2操作界面和操作方法
*************页面置换算法算法演示****************
请首先输入页面走向长度L:
请首先输入页面数:
根据提示进入算法界面:
在如上的操作界面中分别按照提示进行输入,按回车键表示当前输入完毕,然后进行下个步骤的输入或者得到最终结果。
第3章设计描述
3.1方案设计
第二章需求分析
2.1需求说明
1.用随机数方法产生页面走向,页面走向长度为L。
2.根据页面走向,分别采用FIFO和LRU算法进行页面置换,统计缺页率;为简化操作,在淘汰一页时,只将该页在页表中抹去,而不再判断块和页表长度(作业的页面数)分别为m和k,初始时,作业页面都不在内存。
首先,定义宏变量,设置所占最大内存长度。编辑以时间为种子,初始化随即发生器。进行相关页面输入程序的编写以及页面的打印。
其次,寻找最近最近最久未使用的页面 、记录当前内存块中页面离下次使用间隔长度等相关程序的代码编写。
最后,进行FIFO、LRU、OPT三种算法的编写。
3.2主要的函数
Input(int m,Pro p[L])(打印页面走向状态);
贾正正
专业班级
网络工程112001班
学号
201120030109
课程设计任务内容
[问题描述]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。
[基本要求]
(1)分析设计要求,给出解决方案
(2)设计合适的测试用例,对得到的运行结果要有分析。
cout<<endl;
cout<<" FIFO算法页面置换情况如下: "<<endl;
cout<<endl;
cout<<" ****************************************** "<<endl;
while(i<m)
{
if(Search(p[i].num,page)>=0)//当前页面在内存中
也不会被访问。
代码:if(c==2)//LRU页面置换
{
n=0;
cout<<" ****************************************** "<<endl;
cout<<endl;
cout<<" LRU算法页面置换情况如下: "<<endl;
cout<<endl;
cout<<" ****************************************** "<<endl;
第4章算法描述
4.1主函数流程图
4.2FIFO(先进先出)页面置换算法
设计原理:需要进行页面置换,即把内存中装入最早的那个页面淘汰,换入当前的页面。
代码:if(c==1)//FIFO页面置换
{
n=0;
cout<<" ****************************************** "<<endl;
while(i<m)
{
int a;
t=Search(p[i].num,page);
指导教师:赵建
时 间: 2013年 12月 10日
第一章问题的提出
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。而虚拟内存技术正式从逻辑上扩充内存容量,将会解决以上两个问题。
print(page);//打印当前页面
t++;//下一个内存块
i++;//指向下一个页面
}
}
}
cout<<"缺页次数:"<<n<<" 缺页率:"<<n/m<<endl;
}
4.3LRU(最近最久未使用)页面置换算法
设计原理:当需要淘汰某一页时,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
操作系统课程设计-页面置换算法
计算机科学与技术学院
《操作系统》课程设计报告
(2013/2014学年第一学期)
学生姓名:
学生专业:网络工程
学生班级:网络工程112001
学生学号:
指导教师:
2013年12月20日
计算机科学与技术学院
课程设计任务书
课程设计名称
《操作系统》课程设计
课程设计题目
页面置换算法
学生姓名
{cout<<p[i].num<<" ";//输出当前页p[i].num
cout<<"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1
page[t].num=p[i].num;//把当前页面放入内存中
cout<<p[i].num<<" ";
void print(Pro *page1)(打印当前的页面);
int Search(int e,Pro *page1 )(寻找内存块中与e相同的块号);
intMax(Pro *page1)(寻找最近最长未使用的页面);
intCount(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);