操作系统页面置换算法实验报告
操作系统页面置换实验报告
实习三内存页面置换算法的设计一、实验目的实现最近最久未使用（LRU）置换算法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。
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。
本实习要求学生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技术特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。
二、实验环境VC++6.0 MFC三、实验内容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。
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。
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。
【精品】页面置换算法实验报告
【精品】页面置换算法实验报告一、实验目的了解操作系统中的页面置换算法，并实现FIFO、LRU和Clock算法。
二、实验原理页面置换算法是操作系统中用到的一种算法，其作用是在内存不够用时，选择牺牲已经在内存中的一些页，腾出更多的空间给新的内容。
本次实验主要实现了FIFO、LRU和Clock算法。
1、FIFO算法FIFO算法是最简单的页面置换算法，它采用先进先出的原则，即最先进入内存的页面应该最早被替换出去。
该算法的实现非常简单，只需要维护一个队列即可。
当需要置换页面时，选择队列的第一个页面进行替换即可。
2、LRU算法LRU算法是Least Recently Used的缩写，即最近最少使用算法。
该算法的核心思想是选择最久没有被使用的页面进行替换。
为了实现该算法，需要维护记录页面使用时间的链表、栈或队列等结构。
3、Clock算法Clock算法也叫做二次机会算法，是一种改良的FIFO算法。
它是基于FIFO算法的思想，并且每个页面都设置了一个使用位（use bit），用于记录该页面是否被使用过。
当需要置换一个页面时，检查该页面的使用位，如果该页面的使用位为1，则将该页面的使用位设置为0并移到队列的末尾，表示该页面有“二次机会”继续待在内存中；如果该页面的使用位为0，则选择该页面进行替换。
三、实验过程本次实验采用Python语言实现页面置换算法，并使用样例进行测试。
1、FIFO算法实现FIFO算法的实现非常简单，只需要用一个队列来维护已经在内存中的页面，当需要置换页面时，选择队列的第一个元素即可。
代码如下：```pythonfrom collections import dequeclass FIFO:def __init__(self, frame_num):self.frame_num = frame_numself.frames = deque(maxlen=frame_num)def access(self, page):if page in self.frames:return Falseif len(self.frames) >= self.frame_num:self.frames.popleft()self.frames.append(page)return True```2、LRU算法实现LRU算法的实现需要维护一个记录页面使用时间的链表或队列。
操作系统页置换实验报告
实验四页置换一、实验目的：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、实验环境说明：此实验在MacOS 10.9 的Xcode软件下编译运行。
三、实验内容：写一个程序来实现本章中介绍的FIFO和LRU页置换算法。
首先，产生一个随机的页面引用序列，页面数从0～9。
将这个序列应用到每个算法并记录发生的页错误的次数。
实现这个算法时，要将页帧的数量设置为可变（从1～7）。
假设使用请求调页。
四、程序设计说明：1.全局变量：定义bsize为页帧的数量，可以手动修改，初始值为4。
定义psize为进程请求次数，可以手动修改，初始值为16。
定义Page结构体，内含页面编号和调入时间。
2.初始化缓冲区和物理内存：3.获得随机序列（0～9），共psize个数：4.搜索空内存，便于页的调入：5.搜索是否有相同的进程已在内存中，有则不缺页，不需要置换：6.每次应用完一个算法后清空内存和缓冲区，便于其他算法的页置换：7.FIFO算法：FIFO页置换算法为每个页记录着该页调入内存的时间。
当必须置换一页时，将选择最旧的页。
FIFO算法性能并不总是很好，可能会有Belady 异常的出现。
8.获得置入时间最早的页面，用于FIFO算法：9.判断页面是否相同：10.LRU算法：LRU页置换算法为每个页关联该页上次使用的时间。
当必须置换一页时，LRU选择最长时间没有使用的页。
这种策略为向后看最优页置换算法。
11.主目录：12.主函数：五、运行结果：1.运行程序显示主目录界面：2.选择操作1，生成psize（此处为16）个随机数（0～9）序列：3.选择操作2，执行FIFO算法，并输出运行结果：4.选择操作3，执行LRU算法，并输出运行结果：5.选择操作4，输出end，结束程序：六、不同页帧数比较：1. 3 frames：2. 4 frames：3. 5 frames：七、 源代码：见pageReplacement.c 附件。
操作系统实验五报告 页面置换算法
四、程序流程图
（1）程序流程
父进程： ①随机产生内存访问页面序列，存于数组 Acess_Series[total_instruction]中 ②数据结构 M_Frame 的初始化 ③分别创建两个子进程。 ④等待子进程执行结束，退出。 子进程： ①读序列 Acess_Series[]，若序列中已无下一个元素，转 5） ；否则，取出页面序列中的下 一个元素作为下次要访问的页面； ②如果待访问的页面在内存中 （即在 M_Frame[]中找到） ， 则不发生缺页， 命中率加 1， 转① ， 注意 LRU 算法中要调整该页在数组中的位置； ③否则就 要将这页调入 内存，通过修 改相应的数据 结构 M_Frame[]反映出 来。首先看 M_Frame[]中有无空闲页面，如果有，将待访问页面的页号以及被占用的信息写入数组中适 当位置，并统计缺页情况，缺页次数 diseffect 加 1，返回① ； ④如果 M_Frame[]中的所有页面均被占满，则淘汰 M_Frame[0]，装入待访问页，重新调整各
页面在数组中的位置。并统计缺页情况，缺页次数 diseffect 加 1，返回① ； ⑤所有页面均已访问完成，统计命中率或缺页率；
（2）程序流程图
五、数据结构
数组 Acess_Series[]中存放内存页面访问的序列：int Acess_Series[10]; 结构数组 M_Frame[]记录为进程分配的内存页面的使用情况，在 M_Frame[]中 page_no 记录页面号，flag 记录页面是否缺页。 struct one_frame { int page_no; char flag; };
程之间的关系及其并发执行。 （2）理解内存页面调度的机理。 （3）掌握页面置换算法及其实现方法。 （4）培养综合运用所学知识的能力。 （5）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，理解虚拟存储实现的过程。 （6）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。
页面置换实验报告
计算机科学系实验报告书课程名：《操作系统》题目：虚拟存储器管理页面置换算法模拟实验班级：学号：姓名：一、实验目的与要求1.目的：请求页式虚存管理是常用的虚拟存储管理方案之一。
通过请求页式虚存管理中对页面置换算法的模拟，有助于理解虚拟存储技术的特点，并加深对请求页式虚存管理的页面调度算法的理解。
2.要求：本实验要求使用C语言编程模拟一个拥有若干个虚页的进程在给定的若干个实页中运行、并在缺页中断发生时分别使用FIFO和LRU算法进行页面置换的情形。
其中虚页的个数可以事先给定（例如10个），对这些虚页访问的页地址流（其长度可以事先给定，例如20次虚页访问）可以由程序随机产生，也可以事先保存在文件中。
要求程序运行时屏幕能显示出置换过程中的状态信息并输出访问结束时的页面命中率。
程序应允许通过为该进程分配不同的实页数，来比较两种置换算法的稳定性。
二、实验说明1．设计中虚页和实页的表示本设计利用C语言的结构体来描述虚页和实页的结构。
在虚页结构中，pn代表虚页号，因为共10个虚页，所以pn的取值范围是0—9。
pfn 代表实页号，当一虚页未装入实页时，此项值为-1；当该虚页已装入某一实页时，此项值为所装入的实页的实页号pfn。
time项在FIFO算法中不使用，在LRU中用来存放对该虚页的最近访问时间。
在实页结构中中，pn代表虚页号，表示pn所代表的虚页目前正放在此实页中。
pfn代表实页号，取值范围（0—n-1）由动态指派的实页数n所决定。
next是一个指向实页结构体的指针，用于多个实页以链表形式组织起来，关于实页链表的组织详见下面第4点。
2．关于缺页次数的统计为计算命中率，需要统计在20次的虚页访问中命中的次数。
为此，程序应设置一个计数器count，来统计虚页命中发生的次数。
每当所访问的虚页的pfn项值不为-1，表示此虚页已被装入某实页内，此虚页被命中，count加1。
最终命中率=count/20*100%。
3．LRU算法中“最近最久未用”页面的确定为了能找到“最近最久未用”的虚页面，程序中可引入一个时间计数器countime，每当要访问一个虚页面时，countime的值加1，然后将所要访问的虚页的time项值设置为增值后的当前countime值，表示该虚页的最后一次被访问时间。
页面置换实习报告
页面置换实习报告在计算机系统中，页面置换是一项至关重要的内存管理技术。
为了更深入地理解和掌握这一技术，我进行了相关的实习。
一、实习目的页面置换的目的在于当内存空间不足时，将一些暂时不使用的页面换出到外存，以腾出空间给当前需要的页面。
通过这次实习，我希望能够：1、深入理解页面置换算法的工作原理和特点。
2、掌握不同算法在实际应用中的性能差异。
3、提高自己的编程能力和问题解决能力。
二、实习环境本次实习使用的编程语言为 Python，开发环境为 PyCharm。
操作系统为 Windows 10。
三、页面置换算法简介1、先进先出（FIFO）算法FIFO 算法是最简单的页面置换算法之一。
它总是淘汰最先进入内存的页面。
这种算法实现简单，但可能会导致一些频繁使用的页面被过早置换出去。
2、最近最久未使用（LRU）算法LRU 算法根据页面最近的使用情况来决定置换。
即淘汰最长时间未被使用的页面。
该算法性能较好，但实现相对复杂，需要记录页面的使用时间。
3、最优置换（OPT）算法OPT 算法是一种理论上的最优算法，它淘汰未来最长时间内不会被使用的页面。
然而，由于在实际中无法准确预测未来的页面使用情况，所以该算法更多地用于理论分析。
四、实习过程1、算法实现首先，我使用 Python 实现了上述三种页面置换算法。
在实现过程中，我使用了数据结构来存储页面的相关信息，并通过模拟页面的调入和调出过程来计算缺页次数。
以 FIFO 算法为例，我使用一个队列来存储页面进入内存的顺序。
当需要置换页面时，将队首的页面淘汰。
2、性能测试为了比较不同算法的性能，我设计了一系列的测试用例。
测试用例包括不同的页面访问序列和不同的内存大小。
通过运行测试用例，我记录了每种算法在不同情况下的缺页次数。
3、结果分析对测试结果进行分析是实习的重要环节。
我发现，在不同的页面访问模式下，不同算法的表现差异较大。
例如，当页面访问序列具有局部性时，LRU 算法的表现通常优于FIFO 算法。
操作系统页面置换算法实验报告
学生实验报告姓名：年级专业班级学号成绩【实验结果或总结】（对实验结果进行相应分析，或总结实验的心得体会，并提出实验的改进意见1.程序的执行结果如下：(1)先进先出页面置换算法(2)最佳页面置换法(3)最近最久未使用置换算法2.以上三个程序通过数组和排序语句实现页面的三种基本调度算法。
(1)先进先出算法事先设定标志k=3，页面每发生一次置换k值增加1。
通过取k对3的余数来确定被置换的内存中的页面，当被访问页面存在于内存时，不置换，而直接输出原内存中的3个页面。
(2)最佳置换算法通过设定c1,c2,c3来记录当前内存中的页面被下一次访问的位置(时间)，通过对c1,c2,c3的大小比较确定内存中需要被置换的页面。
三者中值最大的对应的内存页面选择被置换。
即实现了未来最长时间未访问的机制，即最佳置换算法。
(3)最近最久未使用置换算法的原理跟最佳置换算法类似。
初始设定变量c1,c2,c3记录当前内存中的以前的最近一次未被访问的位置(时间)，比较三者的大小来确定需要被置换的页面。
三者中至最小的对应的内存页面选择被置换。
即实现了最近最久未使用的机制，即最近最久未使用置换算法。
3.上述三个程序分别能较好的模拟页面的基本调度算法，实现页面的置换，保证进程的正常执行。
但也分别存在一些不足。
(1)当内存中三个页面有部分相同时，程序不能很好的实现调度。
即c1,c2,c3中有部分变量值相等，源程序可能不能准确的找到调度顺序，如图所示。
(LRU算法)改进的方法为在c1,c2,c3间的大小比较判断语句中增加关系语句的默认处理办法，当三者间有部分相同时，默认选择按从前到后的顺序执行。
比如当c2=c3的时候选择页面a[2]进行置换。
当c1=c2=c3时则选择页面a[0]进行置换。
也就相当于无法运用LRU算法调用的时候折衷采取先进先出置换算法，以实现页面的合理调度，提高页面的利用效率。
指导教师签名：20 年月日【备注】。
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学生实验报告
姓名：年级专业班级学号成绩
【实验结果或总结】（对实验结果进行相应分析，或总结实验的心得体会，并提出实验的改进意见1.程序的执行结果如下：
(1)先进先出页面置换算法
(2)最佳页面置换法
(3)最近最久未使用置换算法
2.以上三个程序通过数组和排序语句实现页面的三种基本调度算法。
(1)先进先出算法事先设定标志k=3，页面每发生一次置换k值增加1。
通过取k对3的余数来确定被置换的内存中的页面，当被访问页面存在于内存时，不置换，而直接输出原内存中的3个页面。
(2)最佳置换算法通过设定c1,c2,c3来记录当前内存中的页面被下一次访问的位置(时间)，通过对c1,c2,c3的大小比较确定内存中需要被置换的页面。
三者中值最大的对应的内存页面选择被置换。
即实现了未来最长时间未访问的机制，即最佳置换算法。
(3)最近最久未使用置换算法的原理跟最佳置换算法类似。
初始设定变量c1,c2,c3记录当前内存中的以前的最近一次未被访问的位置(时间)，比较三者的大小来确定需要被置换的页面。
三者中至最小的对应的内存页面选择被置换。
即实现了最近最久未使用的机制，即最近最久未使用置换算法。
3.上述三个程序分别能较好的模拟页面的基本调度算法，实现页面的置换，保证进程的正常执行。
但也分别存在一些不足。
(1)当内存中三个页面有部分相同时，程序不能很好的实现调度。
即c1,c2,c3中有部分变量值相等，源程序可能不能准确的找到调度顺序，如图所示。
(LRU算法)
改进的方法为在c1,c2,c3间的大小比较判断语句中增加关系语句的默认处理办法，当三者间有部分相同时，默认选择按从前到后的顺序执行。
比如当c2=c3的时候选择页面a[2]进行置换。
当c1=c2=c3时则选择页面a[0]进行置换。
也就相当于无法运用LRU算法调用的时候折衷采取先进先出置换算法，以实现页面的合理调度，提高页面的利用效率。
指导教师签名：
20 年月日
【备注】。