存储管理实验报告
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综合性实验报告
一、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,了解虚拟存储技术的特点,掌握请求页式管理的页面置换算法。
页面置换算法是虚拟存储管理实现的关键,通过本次实验理解内存页面调度的机制,在模拟实现FIFO、LRU、OPT、LFU、NUR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。
二、总体设计
1、编写函数计算并输出下述各种算法的命中率
①OPT页面置换算法
OPT所选择被淘汰的页面是已调入内存,且在以后永不使用的,或是在最长时间内不再被访问的页面。因此如何找出这样的页面是该算法
的关键。可为每个页面设置一个步长变量,其初值为一足够大的数,对
于不在内存的页面,将其值重置为零,对于位于内存的页面,其值重置
为当前访问页面与之后首次出现该页面时两者之间的距离,因此该值越
大表示该页是在最长时间内不再被访问的页面,可以选择其作为换出页
面。
②FIFO页面置换算法
FIFO总是选择最先进入内存的页面予以淘汰,因此可设置一个先进先出的忙页帧队列,新调入内存的页面挂在该队列的尾部,而当无空闲
页帧时,可从该队列首部取下一个页帧作为空闲页帧,进而调入所需页
面。
③LRU页面置换算法
LRU是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的,它利用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似,选择最近最久未使用的页面予以
淘汰。该算法主要借助于页面结构中的访问时间time来实现,time记
录了一个页面上次的访问时间,因此,当须淘汰一个页面时,选择处于
内存的页面中其time值最小的页面,即最近最久未使用的页面予以淘
汰。
④LFU页面置换算法
LFU要求为每个页面配置一个计数器(即页面结构中的counter),一旦某页被访问,则将其计数器的值加1,在需要选择一页置换时,则
将选择其计数器值最小的页面,即内存中访问次数最少的页面进行淘
汰。
⑤NUR页面置换算法
NUR要求为每个页面设置一位访问位(该访问位仍可使用页面结构中的counter表示),当某页被访问时,其访问位counter置为1。需要
进行页面置换时,置换算法从替换指针开始(初始时指向第一个页面)
顺序检查处于内存中的各个页面,如果其访问位为0,就选择该页换出,
否则替换指针下移继续向下查找。如果内存中的所有页面扫描完毕未找
到访问位为0的页面,则将替换指针重新指向第一个页面,同时将内存
中所有页面的访问位置0,当开始下一轮扫描时,便一定能找到counter
为0的页面。
2、在主函数中生成要求的指令序列,并将其转换成页地址流;在不同的内存容量下调用上述函数使其计算并输出相应的命中率。
三、实验步骤(包括主要步骤、代码分析等)
主要步骤:
、通过随机数产生一个指令序列,共320条指令。其地址按下述原则生成:
①50%的指令是顺序执行的;
②25%的指令是均匀分布在前地址部分;
③25%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区一起点M;
B.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’+1;
E.在后地址[M’+2,319]中随机选取一条指令并执行;
F.重复A—E,直到执行320次指令。
2、指令序列变换成页地址流,设:
①页面大小为1K;
②用户内存容量为4页到32页;
③用户虚存容量为32K。
在用户虚存中,按每页存放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。
3、计算并输出下述各种算法(可任选两个)在不同内存容量下的命中率。
A. FIFO先进先出置换算法;
B. LRU最近最久未使用置换算法;
C. OPT最佳置换算法:先淘汰最不常用的页地址;
D. NUR最近未使用置换算法;
E. LFU最少使用置换算法。
命中率=1-页面失效次数/页地址流长度
在本实验中,页地址流长度为320,页面失效次数为每次访问相应指令时,该指令所对应的页不在内存的次数。
代码分析:
1、主函数main.cpp的代码:
#include
#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
#define INVALID -1
const int TOTAL_INSTRUCTION(320);
const int TOTAL_VP(32);
const int CLEAR_PERIOD(50);
#include "Page.h"
#include "PageControl.h"
#include "Memory.h"
int main()
{
int i;
CMemory a;
for(i=4;i<=32;i++)
{
cout<
a.OPT(i);
a.FIFO(i);
a.LRU(i);
cout<<"\n";
}
return 0;
}
2、主函数中用到的头文件”Page.h”,”PageControl.h”,”Memory.h”的代码:
Page.h:
#ifndef _PAGE_H
#define _PAGE_H
class CPage//页面结构
{
public:
int m_nPageNumber,//页面号
m_nPageFaceNumber,//页帧号
m_nCounter,//一个周期内访问该页面的次数
m_nTime;//访问时间
};
#endif
PageControl.h:
#ifndef _PAGECONTROL_H
#define _PAGECONTROL_H
class CPageControl//页帧控制结构
{