计算机操作系统课程设计.docx
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计算机操作系统课程设计.docx
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计算机操作系统课程设计
安徽农业大学经济技术学院
《计算机操作系统》
课程设计报告
题目:
模拟设计页面调度编程
专业:
计算机科学与技术
班级:
12级计算机二班
姓名:
朱绍锋学号:
12838076
赵飞12838064
王伟12838039
王焱焱12838045
刘继运12838061
谭兵12838053
指导老师:
郭伟光
二○一五年六月
1、实验目的.........................................1
2、基本知识介绍.....................................1
2.1、分页............................................1
2.2、页面调入策略....................................1
2.3、从何调入页面....................................2
2.4、页面调入过程....................................2
2.5、页面置换算法....................................3
3、页面置换算法框架及LRU算法实现...................7
四、实验结果.........................................11
一、实验目的
1)了解内存分页管理策略;
2)掌握调页策略;
3)掌握一般常用的页面置换算法;
4)选取页面置换算法中的典型算法,模拟实现。
二、基本知识介绍
2.1、分页
分页存储管理将一个进程的逻辑地址空间分成若干大小相等的片,称为页面或页。
2.2、页面调入策略
1)、何时调入页面如果进程的许多页是存放在外存的一个连续区域中,则一次调入若干个相邻的页,会比一次调入一页的效率更高效一些。
但如果调入的一批页面中的大多数都未被访问,则又是低效的。
可采用一种以预测为基础的预调页策略,将那些预计在不久之后便会被访问的页面,预先调入内存。
如果预测较准确,那么,这种策略显然是很有吸引力的。
但目前预调页的成功率仅为50%。
且这种策略主要用于进程的首次调入时,由程序员指出应该先调入哪些页。
2)、请求调页策略当进程在运行中需要访问某部分程序和数据时,若发现其所在的页面不在内存,便即提出请求,由OS将其所需页面调入内存。
由请示调页策略所确定调入的页,是一定会被访问的,再加之请求调页策略比较易于实现,故在目前的虚拟存储器中,大多采用此策略。
但这种策略每次仅调入一页,故须花费较大的系统开销,增加了磁盘I/O的启用频率。
2.3、从何处调入页面
在请求分页系统中的外存分为两部分:
用于存放文件的文件区和用于存放对换页面的对换区。
通常,由于对换区是采用连续分配方式,而事件是采用离散分配方式,故对换区的磁盘I/O速度比文件区的高。
这样,每当发生缺页请求时,系统应从何处将缺页调入内存,可分成如下三种情况:
1)、系统拥有足够的对换区空间,这时可以全部从对换区调入所需页面,以提高调页速度。
为此,在进程运行前,便须将与该进程有关的文件,从文件区拷贝到对换区。
2)、系统缺少足够的对换区空间,这时凡是不会被修改的文件,都直接从文件区调入;而当换出这些页面时,由于它们未被修改而不必再将它们换出时,以后需要时,再从对换区调入。
3)、UNIX方式。
由于与进程有关的文件都放在文件区,故凡是未运行过的页面,都从文件区调入。
而对于曾经运行过但又被换出的页面,由于被放在对换区,因此在下次时,应从对换区调入。
由于UNIX系统允许页面共享,因此,某进程所请求的页面有可能已被其它进程调入内存,此时也就无须再从对换区调入。
2.4、页面调入过程
每当程序所要访问的页面未在内存时,便向CPU发出一缺页中断,中断处理程序首先保留CPU环境,分析中断原因后,转入缺页中断处理程序。
该程序通过查找页表,得到该页在外在原物理块后,如果此时内存能容纳新页,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,则须先按照某种置换算法从内存中选出一页准备换出;如果该页未被修改过,可不必将该页写回磁盘;但如果此页已被修改,则必须将它写回磁盘,然后再把所缺的页调入内存,并修改页表中的相应表项,置其存在位“1”,并将此页表项写入快表中。
在缺页调入内存后,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。
2.5、页面置换算法
在进程运行过程中,若其所要访问的页面不在内存而需把它们调入内存,但内存已无空闲空间时,为了保证该进程能正常运行,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。
但应将哪个页面调出,须根据一定的算法来确定。
通常,把选择换出页面的算法称为页面置换算法(Page_ReplacementAlgorithms)。
一个好的页面置换算法,应具有较低的页面更换频率。
从理论上讲,应将那些以后不再会访问的页面换出,或将那些在较长时间内不会再访问的页面调出。
常见置换算法有:
1)、最佳置换算法(Optimal)
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。
2)、先进先出(FIFO)页面置换算法
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久的页面予以淘汰。
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。
3)、LRU置换算法
FIFO置换算法性能之所以较差,是因为它所依据的条件是各个页面调入内存的时间,而页面调入的先后并不能反映页面的使用情况。
最近最久未使用(LRU)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。
LRU置换算法虽然是一种比较好的算法,但要求系统有较多的支持硬件。
为了了解一个进程在内存中的各个页面各有多少时间未被进程访问,以及如何快速地知道哪一页是最近最久未使用的页面,须有寄存器或者堆栈的支持。
三、页面置换算法框架及LRU算法实现
#include
#include
#include
#defineM3
#defineN20
#defineMyprintfprintf("|---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---|\n")/*显示格式*/
typedefstructpage
{
intnum;/*记录页面号*/
inttime;/*记录调入内存时间*/
}Page;/*页面逻辑结构,结构为方便算法实现设计*/
Pageb[M];/*内存单元数*/
intc[M][N];/*暂保存内存当前的状态:
缓冲区*/
intqueue[100];/*记录调入队列*/
intK;/*调入队列计数变量*/
/*初始化内存单元、缓冲区*/
voidInit(Page*b,intc[M][N])
{
inti,j;
for(i=0;i { b[i].num=-1; b[i].time=N-i-1; } for(i=0;i for(j=0;j c[i][j]=-1; } /*取得在内存中停留最久的页面,默认状态下为最早调入的页面*/ intGetMax(Page*b) { inti; intmax=-1; inttag=0; for(i=0;i { if(b[i].time>max) { max=b[i].time; tag=i; } } returntag; } /*判断页面是否已在内存中*/ intEquation(intfold,Page*b) { inti; for(i=0;i { if(fold==b[i].num) returni; } return-1; } /*LRU核心部分*/ voidLru(intfold,Page*b) { inti; intval; val=Equation(fold,b); if(val>=0) { b[val].time=0; for(i=0;i if(i! =val) b[i].time++; } else { queue[++K]=fold;/*记录调入页面*/ val=GetMax(b); b[val].num=fold; b[val].time=0; for(i=0;i if(i! =val) b[i].time++; } } /*主程序*/ intmain() { inta[N]={7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1}; inti,j; do { K=-1; Init(b,c); for(i=0;i { Lru(a[i],b); c[0][i]=a[i]; /*记录当前的内存单元中的页面*/ for(j=0;j c[j][i]=b[j].num; } /*结果输出*/ printf("内存状态为: \n"); Myprintf; for(j=0;j printf("|%2d",a[j]); printf("|\n"); Myprintf; for(i=0;i { for(j=0;j { if(c[i][j]==-1) printf("|%2c",32); else printf("|%2d",c[i][j]); } printf("|\n"); } Myprintf; printf("\n调入队列为: "); for(i=0;i printf("%3d",queue[i]); printf("\n缺页次数为: %6d\n缺页率: %16.6f",K+1,(float)(K+1)/N); printf("\nAreyoucontinuing! \t? "); }while(getchar()=='y'); } 四、实验结果
- 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:
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- 关 键 词:
- 计算机 操作系统 课程设计