操作系统实验报告5.docx
- 文档编号:9329482
- 上传时间:2023-05-18
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:160.91KB
操作系统实验报告5.docx
《操作系统实验报告5.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《操作系统实验报告5.docx(20页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
操作系统实验报告5
实验名称:
存储管理
学号 班级 姓名
1实验目的:
存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。
请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。
本实验的目的是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。
2实验预备内容:
(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成:
①50%的指令是顺序执行的;
②50%的指令是均匀分布在前地址部分;
③50%的指令是均匀分布在后地址部分。
具体的实施方法是:
①在[0,319] 的指令之间随即选取一起点m;
②顺序执行一条指令,即执行地址为m+1的指令;
③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′;
④顺序执行一条指令,其地址为m′+1;
⑤在后地址[m′+2,319]中随机选取一条指令并执行;
⑥重复上述步骤①-⑤,直到执行320次指令。
(2)将指令序列变换为页地址流
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k存放10条指令排在虚存地址,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条指令为第一页(对应虚存地址为[10,19]);
ﻩ……
第310条~第319条指令为第31页(对应虚地址为[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在不同内存容量下的命中率。
①先进先出的算法(FIFO);
②最近最少使用算法(LRR);
③最佳淘汰算法(OPT)先淘汰最不常用的页地址;
④最少访问页面算法(LFR);
⑤最近最不经常使用算法(NUR)。
其中③和④为选择内容。
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。
3、随机数产生办法,Linux或UNIX系统提供函数strand()和rand(),分别进行初始化和产生随机数。
例如:
srand ();
语句可初始化一个随机数;
a[0]=10*rand()/65535*319+1;
a[1]=10*rand()/65535*a[0];
语句可用来产生a[0]与a[1]中的随机数。
3实验内容:
<任务>
设计一个虚拟存储区和内存工作区,并使用下列算法计算访问命中率.
(1)进先出的算法(FIFO)
(2)最近最少使用的算法(LRU)
(3)最佳淘汰算法(OPT)
(4)最少访问页面算法(LFU)
(5)最近最不经常使用算法(NUR)
ﻩ命中率=(1-页面失效次数)/页地址流长度
4实验步骤:
本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。
即首先用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。
相关定义如下:
1 数据结构
(1)页面类型
typedef struct{
intpn,pfn,counter,time;
}pl-type;
其中pn为页号,pfn为面号,counter为一个周期内访问该页面的次数,time为访问时间.
ﻩ
(2)页面控制结构
pfc-struct{
intpn,pfn;
structpfc_struct*next;
}
typedefstructpfc_struct pfc_type;
pfc_type pfc_struct[total_vp],*freepf_head,*busypf_head;
pfc_type*busypf_tail;
其中pfc[total_vp]定义用户进程虚页控制结构,
*freepf_head为空页面头的指针,
*busypf_head为忙页面头的指针,
*busypf_tail为忙页面尾的指针.
2.函数定义
(1)Void initialize( ):
初始化函数,给每个相关的页面赋值.
(2)Void FIFO():
计算使用FIFO算法时的命中率.
ﻩ(3)Void LRU():
计算使用LRU算法时的命中率.
(4)VoidOPT( ):
计算使用OPT算法时的命中率.
(5)VoidLFU():
计算使用LFU算法时的命中率.
ﻩ(6)Void NUR():
计算使用NUR算法时的命中率.
3.变量定义
(1)inta[total_instruction]:
指令流数据组.
(2)intpage[total_instruction]:
每条指令所属的页号.
(3)intoffset[total_instruction]:
每页装入10条指令后取模运算页号偏移值.
(4)inttotal_pf:
用户进程的内存页面数.
ﻩ(5)int disaffect:
页面失效次数.
4.程序参考源码及结果
<程序>
#defineTRUE1
#define FALSE0
#defineINVALID-1
#defineNULL 0
#definetotal_instruction 320/*指令流长*/
#definetotal_vp 32 /*虚页长*/
#define clear_period 50 /*清0周期*/
typedef struct /*页面结构*/
{
ﻩintpn; //页号logic number
ﻩintpfn;//页面框架号 physical frame number
ﻩintcounter;//计数器
int time; //时间
}pl_type;
pl_type pl[total_vp]; /*页面线性结构---指令序列需要使用地址*/
typedefstructpfc_struct /*页面控制结构,调度算法的控制结构*/
{
intpn;
ﻩintpfn;
ﻩstruct pfc_struct *next;
}pfc_type;
pfc_type pfc[total_vp],*freepf_head,*busypf_head,*busypf_tail;
intdiseffect, a[total_instruction];/*a[]为指令序列*/
intpage[total_instruction], offset[total_instruction];/*地址信息*/
int initialize(int);
int FIFO(int);
int LRU(int);
intLFU(int);
intNUR(int);//not userecently
intOPT(int);
intmain()
{
ﻩint s,i,j;
srand(10*getpid()); /*由于每次运行时进程号不同,故可用来作为初始化随机数队列的“种子”*/
s=(float)319*rand()/32767/32767/2+1;/*正态分布*/
for(i=0;i { ﻩﻩif(s<0||s>319) { ﻩprintf("When i==%d,Error,s==%d\n",i,s); exit(0); ﻩﻩ} a[i]=s; /*任选一指令访问点m*/ ﻩﻩa[i+1]=a[i]+1; /*顺序执行一条指令*/ ﻩa[i+2]=(float)a[i]*rand()/32767/32767/2; /*执行前地址指令m*/ ﻩﻩa[i+3]=a[i+2]+1; /*顺序执行一条指令*/ ﻩs=(float)(318-a[i+2])*rand( )/32767/32767/2+a[i+2]+2; ﻩif((a[i+2]>318)||(s>319)) ﻩprintf("a[%d+2],a number whichis: %dands==%d\n",i,a[i+2],s); } for(i=0;i<total_instruction;i++)/*将指令序列变换成页地址流*/ ﻩ{ page[i]=a[i]/10; ﻩﻩoffset[i]=a[i]%10; } for(i=4;i<=32;i++) /*用户内存工作区从4个页面到32个页面*/ { ﻩprintf("---%2d pageframes---\n",i); ﻩFIFO(i); ﻩLRU(i); ﻩLFU(i); ﻩNUR(i); ﻩOPT(i); ﻩ} return0; } /*初始化相关数据结构 total_pf表示内存的块数 */ intinitialize(inttotal_pf) { ﻩinti; ﻩdiseffect=0; ﻩfor(i=0;i<total_vp;i++) { pl[i].pfn=INVALID;/*置页面控制结构中的页号,页面为空*/ pl[i].counter=0; /*页面控制结构中的访问次数为0*/ ﻩﻩpl[i].time=-1; /*访问的时间*/ ﻩ} ﻩfor(i=0;i ﻩ{ ﻩpfc[i].next=&pfc[i+1]; ﻩﻩpfc[i].pfn=i; ﻩ} pfc[total_pf-1].next=NULL; ﻩpfc[total_pf-1].pfn=total_pf-1; freepf_head=&pfc[0]; /*空页面队列的头指针为pfc[0]*/ return0; } int FIFO(inttotal_pf) /*先进先出算法total_pf: 用户进程的内存页面数*/ { ﻩinti,j; ﻩpfc_type*p;ﻩﻩﻩﻩ/*中间变量*/ initialize(total_pf); /*初始化相关页面控制用数据结构*/ busypf_head=busypf_tail=NULL; /*忙页面队列头,队列尾链接*/ for(i=0;i ﻩ{ if(pl[page[i]].pfn==INVALID) /*页面失效*/ { ﻩﻩdiseffect+=1; /*失效次数*/ if(freepf_head==NULL) /*无空闲页面*/ ﻩ{ p=busypf_head->next; ﻩﻩpl[busypf_head->pn].pfn=INVALID; ﻩfreepf_head=busypf_head; /*释放忙页面队列的第一个页面*/ ﻩﻩﻩﻩfreepf_head->next=NULL; /*表明还是缺页*/ ﻩﻩﻩﻩbusypf_head=p; ﻩﻩ} p=freepf_head->next; ﻩﻩﻩfreepf_head->pn=page[i]; ﻩﻩpl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn; ﻩﻩfreepf_head->next=NULL;/*使busy的尾为null*/ ﻩﻩif(busypf_tail==NULL) ﻩﻩ{ ﻩﻩbusypf_tail=busypf_head=freepf_head; } ﻩﻩelse ﻩ{ ﻩﻩﻩbusypf_tail->next=freepf_head; ﻩﻩﻩbusypf_tail=freepf_head; ﻩ} ﻩﻩfreepf_head=p; } ﻩ} printf("FIFO: %6.4f\n",1-(float)diseffect/320); ﻩreturn0; intLRU(int total_pf) /*最近最久未使用算法least recentlyused*/ { ﻩint min,minj,i,j,present_time;/*minj为最小值下标*/ ﻩinitialize(total_pf); ﻩpresent_time=0; ﻩfor(i=0;i<total_instruction;i++) { ﻩﻩif(pl[page[i]].pfn==INVALID) /*页面失效*/ ﻩ{ diseffect++; if(freepf_head==NULL)/*无空闲页面*/ { ﻩﻩmin=32767;ﻩﻩ/*设置最大值*/ ﻩﻩfor(j=0;j<total_vp;j++) /*找出time的最小值*/ ﻩﻩﻩ{ ﻩif(min>pl[j].time&&pl[j].pfn! =INVALID) ﻩﻩ{ ﻩﻩﻩmin=pl[j].time; ﻩﻩminj=j; ﻩﻩﻩﻩ} ﻩﻩﻩ} freepf_head=&pfc[pl[minj].pfn]; //腾出一个单元 ﻩpl[minj].pfn=INVALID; ﻩﻩﻩpl[minj].time=0; ﻩﻩﻩfreepf_head->next=NULL; ﻩ} ﻩpl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;//有空闲页面,改为有效 ﻩﻩpl[page[i]].time=present_time; freepf_head=freepf_head->next; //减少一个free页面 ﻩ} else ﻩﻩ{ ﻩﻩpl[page[i]].time=present_time; //命中则增加该单元的访问次数 ﻩpresent_time++; ﻩﻩ} ﻩ} printf("LRU: %6.4f\n",1-(float)diseffect/320); ﻩreturn0; } intNUR(inttotal_pf ) /*最近未使用算法NotUsedrecently count表示*/ { inti,j,dp,cont_flag,old_dp; pfc_type *t; initialize(total_pf); dp=0; for(i=0;i<total_instruction;i++) { if (pl[page[i]].pfn==INVALID) /*页面失效*/ { ﻩﻩdiseffect++; ﻩﻩif(freepf_head==NULL) /*无空闲页面*/ ﻩ{ cont_flag=TRUE; ﻩold_dp=dp; ﻩﻩ ﻩﻩﻩwhile(cont_flag) ﻩﻩ{ ﻩﻩﻩ if(pl[dp].counter==0&&pl[dp].pfn! =INVALID) ﻩﻩﻩcont_flag=FALSE; ﻩﻩelse ﻩﻩ{ ﻩdp++; ﻩﻩﻩif(dp==total_vp) ﻩﻩﻩﻩdp=0; ﻩﻩif(dp==old_dp) ﻩﻩﻩfor(j=0;j<total_vp;j++) ﻩﻩﻩﻩﻩ pl[j].counter=0; ﻩﻩ} ﻩﻩ} ﻩﻩfreepf_head=&pfc[pl[dp].pfn]; pl[dp].pfn=INVALID; ﻩﻩﻩfreepf_head->next=NULL; ﻩﻩ} ﻩ pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn; ﻩ ﻩfreepf_head->pn=page[i]; ﻩ ﻩfreepf_head=freepf_head->next; ﻩ} else pl[page[i]].counter=1; ﻩif(i%clear_period==0) ﻩfor(j=0;j ﻩpl[j].counter=0; } printf("NUR: %6.4f\n",1-(float)diseffect/320); return0; } intOPT(inttotal_pf) /*最佳置换算法*/ { ﻩint i,j,max,maxpage,d,dist[total_vp]; pfc_type*t; ﻩinitialize(total_pf); for(i=0;i<total_instruction;i++) { if(pl[page[i]].pfn==INVALID) /*页面失效*/ ﻩ{ ﻩﻩdiseffect++; ﻩﻩif(freepf_head==NULL)/*无空闲页面*/ ﻩ{ ﻩﻩfor(j=0;j<total_vp;j++) ﻩﻩﻩ{ ﻩﻩﻩif(pl[j].pfn! =INVALID) ﻩﻩdist[j]=32767; ﻩelse ﻩﻩﻩﻩdist[j]=0; ﻩﻩ} ﻩfor(j=0;j ﻩ{ ﻩif((pl[j].pfn! =INVALID)&&(dist[j]==32767)) ﻩﻩﻩ{ ﻩdist[j]=j; ﻩﻩ} ﻩ} ﻩﻩmax=0; ﻩﻩfor(j=0;j<total_vp;j++) ﻩﻩﻩﻩif(max ﻩﻩ{ ﻩﻩmax=dist[j]; ﻩﻩmaxpage=j; ﻩﻩﻩ} ﻩfreepf_head=&pfc[pl[maxpage].pfn]; ﻩfreepf_head->next=NULL; ﻩﻩﻩﻩpl[maxpage].pfn=INVALID; } ﻩpl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn; ﻩﻩfreepf_head=freepf_head->next; } } ﻩprintf("OPT: %6.4f\n",1-(float)diseffect/320); ﻩreturn0; } /*该算法时根据已知的预测未知的,least frequency Used是最不经常使用置换法*/ intLFU(inttotal_pf) { ﻩinti,j,min,minpage; pfc_type*t; ﻩinitialize(total_pf); for(i=0;i { ﻩﻩif(pl[page[i]].pfn==INVALID) /*页面失效*/ ﻩ{ ﻩdiseffect++; ﻩﻩif(freepf_head==NULL) /*无空闲页面*/ ﻩ{ ﻩﻩmin=32767;ﻩ ﻩﻩ/*获取counter的使用用频率最小的内存*/ ﻩfor(j=0;j<total_vp;j++) ﻩﻩ{ ﻩif(min>pl[j].counter&&pl[j].pfn! =INVALID) ﻩﻩ{ min=pl[j].counter; ﻩﻩminpage=j; ﻩﻩﻩﻩ} ﻩﻩ} ﻩfreepf_head=&pfc[pl[minpage].pfn]; ﻩﻩﻩpl[minpage].pfn=INVALID; ﻩﻩﻩpl[minpage].counter=0; ﻩfreepf_head->next=NULL; ﻩ} ﻩﻩﻩpl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn; //有空闲页面,改为有效 pl[page[i]].counter++; freepf_head=freepf_head->next; //减少一个free页面 } ﻩelse { ﻩﻩpl[page[i]].counter; ﻩﻩﻩpl[page[i]].counter=pl[page[i]].counter+1; ﻩ} ﻩ} printf("LFU: %6.4f\n",1-(float)diseffect/320); ﻩreturn0; } <结果一: 〉 4pageframesFIFO: 0.2562LRU: 0.2531OPT: 0.3031LFU: 0.2812NUR: 0.2812 5 pageframesFIFO: 0.2969LRU: 0.2906OPT: 0.3500LFU: 0.3219NUR: 0.3094 6pageframesFIFO: 0.3375LRU: 0.3281OPT: 0.3844LFU: 0.3375NUR: 0.3344 7pageframesFIFO: 0.3563LRU: 0.3563OPT: 0.4031LFU: 0.3563NUR: 0.3500 8page framesFIFO: 0.3937LRU: 0.3750OPT: 0.4531LFU: 0.3937NUR: 0.3719 9pageframesFIFO: 0.4219LRU: 0.4094OPT: 0.4844LFU: 0.4156NUR: 0.4062 10pageframesFIFO: 0.4375LRU: 0.4313OPT: 0.5062LFU: 0.4313NUR: 0.4250 11 pageframesFIFO: 0.4813LRU: 0.4625OPT: 0.5531LFU: 0.4500NUR: 0.4656 12 page framesFIFO: 0.5406LRU: 0.4875OPT: 0.5687LFU: 0.4938NUR: 0.4875 13 pageframesFIFO: 0.5500LRU: 0.5188OPT: 0.5969LFU: 0.5062NUR: 0.5437 14pageframesFIFO: 0.5594LRU: 0.5531OPT: 0.6344LFU: 0.5281NUR: 0.5469 15pageframesFIFO: 0.5687LRU: 0.5844OPT: 0.6687LFU: 0.5469NUR: 0.5813 16 pageframesFIFO: 0.5781LRU: 0.5938OPT: 0.6813LFU: 0.5719N
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 操作系统 实验 报告
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)