操作系统实验报告
课题页面淘汰算法
年 月 日
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附源代码………………………………………………………
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一、实验目的
本实验主要对操作系统中请求分页式内存管理及其应用的一些关键算法进行模拟。学生通过设计与实现Clock算法能够加强对相应理论的理解并对了解操作系统内部的基本处理原理与过程也有很多益处。利用简单的数据结构模拟实现操作系统中的页面置换机制通过写程序模拟实现上述三种内存页面置换算法使学生进一步掌握内存页面置换的方法。对操作系统中内存的管理有一个实践上的认识。
1 、用C语言编写OPT、 FIFO、 LRU三种置换算法。
’
2、熟悉内存分页管理策略。
3、 了解页面置换的算法。
4、掌握一般常用的调度算法。
5、根据方案使算法得以模拟实现。
6、锻炼知识的运用能力和实践能力。
二、实验要求
设计随机页面序号产生程序并说明随机的性能和其性能可能对算法
的影响
编写页面淘汰算法(FIFO、 OPT、 LRU)
结果数据的显示或提取
结果数据的分析
几点说明
设计并绘制算法流程附加说明所需的数据结构
如何标记时间的先后、最久的将来、最久未被使用
描述Clock算法的基本原理、必要的数据结构、算法执行流程图、编码
实现。
1 初始化输入作业可占用的总页框数初始化置空。
2输入请求序列输入一个作业页号访问请求序列依次占用相应页框直至全部占用
3 Clock算法当页框全部占用后对于后续新的页号访问请求执行’
Clock算法淘汰1个页面后装入新的页号。
4显示当前分配淘汰序列显示淘汰的页号序列。
三、背景知识
在操作系统当中在进程运行过程中若其访问的页面不在内存中而需把他
们调入内存但内存已无空闲空间时为了保证该进程能够正常的运行系
统必须从内存中调出一页程序或数据送到磁盘的兑换区中但是应该是哪个
页面被调出需根据一定的算法来确定。通常我们把这一类的算法称为
“页面置换算法” 页面置换算法执行效率的高低往往直接影响到操作系统
的性能。
内存页面置换算法
1、 <1>先进先出调度算法FIFO
先进先出调度算法根据页面进入内存的时间先后选择淘汰页面。本算法实现时需要将页面按进入内存的时间先后组成一个队列每次置换掉最早进入的页面。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长的页面换出予以淘汰。
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是指向最老的页面。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>最近最久未使用的置换算法 LRU
最近最久未使用的置换算法是根据页面调入内存后的使用情况进行’
决策的。 由于无法预测各页面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。
<3>最佳置换算法OPT
最佳置换算法是可以说的一种理想的页面置换算法它是由Belady于1966年提出的一种理论上的算法。其所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的或许是在最长(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未来最长时间内不再被访问的因而该算法是无法实现的但可以利用此算法来评价其它算法。
<4>时钟页面置换算法
’
时钟页面置换算法是把所有的页面都保存在一个类似钟面的环形链表中一个表针指向最老的页面如图所示。
当发生缺页中断时算法首先检查表针指向的页面如果它的R位是0就淘汰该页面并把新的页面插入这个位置然后把表针前移一个位置如果R位是1就清除R位并把表针前移一个位置重复这个过程直到找到了一个R位为0的页面为止。
4、 总体设计
根据要求设计页面淘汰算法的活动图
运行程序进入主页面在正上方已经通过随机生成函数生成了页面号在其下方显示可选项 0、退出程序1 、 FIFO算法2、 OPT算法
3、 LRU算法。根据需要选择相应的
法程序自动生成页面淘汰的先后顺序以及置换次数和缺页次数并打印在下方执行完
以后再次进入主页面到输入0 退出程序。算法流程图
FIFO算法流程图
OPT算法流程图
’
载入该页面 否 内存物理块集合已
LRU算法流程图
’
5、 详细设计
一 、设计思想
1 、 最佳置换算法(OPT)
用数组Temppages[]存储当前物理块中页面信息数组TimeArry[]存储当前在物理块中的页面的获得内存时的时间当页面不在内存中时根据当前已获得物理块数的页面在所有的页面当中将来不在请求内存或者很少请求内存的情况进行置换
2、 先进先出算法(FIFO)
用数组Temppages[]存储当前物理块中页面信息变量temp记录内存中物理块页面置换状态每进行一次置换页面置换状态变化便于下一次的置换。
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