内存中:请求调页存储管理方式的模拟

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了内存中:请求调页存储管理方式的模拟相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

 

 

 

实 验 报 告(三)

 

 

课程名称 操作系统实验

学生学院 计算机学院

专业班级 17网络工程一班

学生姓名 陈鸿

指导教师 林穗

 

2019 11 23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验三 请求调页存储管理方式的模拟

 

一、实验目的

通过对页面、页表、地址转换和页面置换过程的模拟,加深对请求调页系统的原理和实现过程的理解。

二、实验内容

1)假设每个页面中可存放10条指令,分配给作业的内存块数为4

2)用c语言模拟一个作业的执行过程,该作业共有320条指令,即它的地址空间为32页,目前它的所有页都还未调入内存。在模拟过程中,如果所访问的指令已在内存,则显示其物理地址,并转下一条指令。如果所访问的指令还未装入内存,则发生缺页,此时需记录缺页的次数,并将相应页调入内存。如果4个内存块均已装入该作业,则需进行页面置换,最后显示其物理地址,并转下一条指令。在所有320指令执行完毕后,请计算并显示作业运行过程中发生的缺页率。

3)置换算法:采用先进先出(FIFO)、最近最久未使用(LRU)和最佳置换(OPT)算法置换算法。

4)通过随机数产生一个指令序列,共320条指令。

1)指令的地址按下述原则生成:

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;

具体的实施方法是:

[0319]的指令地址之间随机选取一起点m

顺序执行一条指令,即执行序号为m+1的指令;

在前地址[0m-1]中随机选取一条指令并执行,该指令的序号为m1

顺序执行一条指令,其序号为m1+1的指令;

在后地址[m1+2319]中随机选取一条指令并执行,该指令的序号为m2

顺序执行一条指令,其序号为m2+1的指令;

重复上述步骤①~⑥,直到执行320次指令。

2)将指令序列变换为页地址流

设页面大小为1K 用户虚存容量为32K。在用户虚存中,按每K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:

0条~第9条指令为第0页(对应虚存地址为[09]);

10条~第19条指令为第1页(对应虚存地址为[1019]);

……

……

310条~第319条指令为第31页(对应虚存地址为[310319])。

按以上方式,用户指令可组成32页。

 

 

三、实现思路

 

(1)先进先出法(First In First Out):

该算法总是淘汰最先进入内存的页面,既选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。

在该算法的模拟过程中,每当页面被置换进入内存时,将置换页面所在的物理块中访问标记设为-1;并且每执行一次指令,便将物理块的访问标记自动加1,需要置换时将访问标记最大的物理块中的页面置换出去,这样能防止当物理块访问标记出现两个以上相同的值的错误执行,更好地模拟了先进先出法;

 

(2)最近最久未使用(Least Recently Used):

该算法以最近的过去作为不久将来的近似, 将过去最长一段时间里不曾被使用的页面置换掉。

在该算法的模拟过程中,每当物理块中的页面被访问时(包括原先存在的和后来置换进入的页面),便将其物理块访问标记置为-1。以后每执行一条指令,便将物理块中各页面的访问标记加1,需置换时访问标记最大的便是将要被置换的。

 

(3)最佳置换算法(OPT):

从主存中移出永远不再需要的页面;如无这样的页面存在,则选择最长时间不需要访问的页面。于所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的,或者是在最长时间内不再被访问的页面,这样可以保证获得最低的缺页率。

 

 

 

四、主要的数据结构(展开批注可查看源代码)

 

typedef struct BLOCK//声明一种新类型——物理块类型

 

int count;//程序计数器,用来记录指令的序号

int n;//缺页计数器,用来记录缺页的次数

static int temp[320];//用来存储320条随机数

BLOCK block[size]; //定义一大小为4的物理块数组

 

void init( ); //程序初始化函数

 

int findExist(int curpage);//查找物理块中是否有该页面

 

int findSpace( );//查找是否有空闲物理块

 

int findReplace( );//查找应予置换的页面

 

void display ( );//显示

void Random( );//产生320条随机数,显示并存储到temp[320]

 

void pagestring( );//显示调用的页面队列

 

void OPT( );//OPT算法

 

void LRU( );// LRU算法

 

void FIFO( );//FIFO算法

 

void main( )

 

五、算法流程图

 

 

 

六、运行与测试

产生随机数:

FiFo:

 

七、总结

思考

如果增加分配给作业的内存块数,将会对作业运行过程中的缺页产生什么影响?

 

M=3时FIFO的命中率为:26.6667%  M=3时LRU的命中率为:30%

M=4时FIFO的命中率为:36.6667%  M=4时LRU的命中率为:36.6667%

M=5时FIFO的命中率为:50%  M=3时LRU的命中率为:46.6667%

M=6时FIFO的命中率为:66.6667%  M=6时LRU的命中率为:63.3333%

 

当分配给作业的内存块数增加时,缺页率将会降低

 

 

 

 

为什么一般情况下,LRU具有比FIFO更好的性能?

 

先进先出置换算法(FIFO):是最简单的页面置换算法。这种算法的基本思想是:当需要淘汰一个页面时,总是选择驻留主存时间最长的页面进行淘汰,即先进入主存的页面先淘汰。其理由是:最早调入主存的页面不再被使用的可能性最大。 

 

最近最久未使用(Least Recently Used):该算法以最近的过去作为不久将来的近似,将过去最长一段时间里不曾被使用的页面置换掉。在该算法的模拟过程中,每当物理块中的页面被访问时(包括原先存在的和后来置换进入的页面),便将其物理块访问标记置为-1。以后每执行一条指令,便将物理块中各页面的访问标记加1,需置换时访问标记最大的便是将要被置换的。

 

FIFO 算法将页面进入内存后的时间长短作为淘汰依据,而LRU则是以使用频率作为淘汰依据,一般情况下,LRU之所以比FIFO具有更好的性能是因为长时间驻留并不一定代表不使用,FiFO的淘汰机制有可能增加了缺页率。

以上是关于内存中:请求调页存储管理方式的模拟的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

C语言怎么实现模拟请求段式存储管理-NRU?

(王道408考研操作系统)第三章内存管理-第二节2:请求分页管理方式

(王道408考研操作系统)第三章内存管理-第二节2:请求分页管理方式

第九章 虚拟内存管理

请求分页管理方式及页面分配策略

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