实验报告三虚拟内存页面置换算法
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一、 实验目的
通过这次实验，加深对虚拟内存页面置换概念的理解， 进一步掌握先进先出 FIFO,最佳
置换OPI和最近最久未使用 LRU页面置换算法的实现方法。
二、 实验的开发环境
硬件设备：PC机一台
软件环境：安装 Windows操作系统或者Linux操作系统，并安装相关的程序开发环境， 如C \C++\Java等编程语言环境。
三、 实验设计思路
问题描述：
设计程序模拟先进先出 FIFO,最佳置换OPI和最近最久未使用 LRU页面置换算法的工
作过程。假设内存中分配给每个进程的最小物理块数为 m，在进程运行过程中要访问的页面
个数为n,页面访问序列为 P1,…，Pn,分别利用不同的页面置换算法调度进程的页面访问 序列，给出页面访问序列的置换过程，计算每种算法缺页次数和缺页率。
四、 实验内容及结果
程序要求如下：
利用先进先出FIFO，最佳置换 OPI和最近最久未使用 LRU三种页面置换算法模拟 页面访问过程。
模拟三种算法的页面置换过程，给出每个页面访问时的内存分配情况。
输入：最小物理块数 m,页面个数n,页面访问序列 P1,…，Pn,算法选择1-FIFO , 2-OPI, 3-LRU。
输出：每种算法的缺页次数和缺页率。
程序源码如下：
#include "iostream.h"
const int DataMax=100;
const int BlockNum = 10;
int DataShow[BlockNum][DataMax]; // 用于存储要显示的数组
bool DataShowEnable[BlockNum][DataMax]; // 用于存储数组中的数据是否需要显示
//int Data[DataMax]={4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5,6,2,3,7,1,2,6,1}; // 测试数据
//int N = 20; //输入页面个数
int Data[DataMax]; // 保存数据
int Block[BlockNum]; // 物理块
int count[BlockNum]; // 计数器
int N ; //页面个数
int M;//最小物理块数
int ChangeTimes;
void DataInput(); //输入数据的函数
void DataOutput();
void FIFO(); // FIFO 函数
void Optimal(); // Optimal 函数
void LRU(); // LRU 函数
///*
int main(int argc, char* argv[]) {
DataInput();// DataInput();
// FIFO();
// Optimal();
// LRU();
// return 0;
int menu;
while(true)
{
cout<<endl; cout<<"*
菜单选择
cout<<"
|*******************************************************|
"<<endl;
cout<<"*
1-FIFO
cout<<"* 2-Optimal
cout<<"* 3-LRU
cout<<"*
0-EXIT
*"<<endl;
*"<<endl;
*"<<endl;
*"<<endl;
*"<<endl;
cout<<"
|*******************************************************|
"<<endl;
cin>>menu;
switch(menu)
{
case 1: FIFO();break;
case 2: Optimal();break;
case 3: LRU();break;
default: break;
}
if(menu!=1&&menu!=2&&menu!=3) break; }
}
//*/
void DataInput()
{
cout<<" 请输入最小物理块数： ";
cin>>M;
while(M > BlockNum) // 大于数据个数
{
cout<<" 物理块数超过预定值，请重新输入： " cin>>M;
}
cout<<" 请输入页面的个数： ";
cin>>N;
while(N > DataMax) // 大于数据个数
{
cout<<" 页面个数超过预定值，请重新输入： " cin>>N;
}
cout<<" 请输入页面访问序列： "<<endl; for(int i=0;i<N;i++)
cin>>Data[i];
void DataOutput()
{
int i,j;
for(i=0;i<N;i++) // 对所有数据操作
{
cout<<Data[i]<<" ";
}
cout<<endl;
for(j=0;j<M;j++)
{
cout<<" ";
for(i=0;i<N;i++) // 对所有数据操作
{
if( DataShowEnable[j][i] )
cout<<DataShow[j][i]<<" ";
else
cout<<" ";
}
cout<<endl;
}
cout<<" 缺页次数 : "<<ChangeTimes<<endl;
coutvv"缺页率："v<ChangeTimes*100/Nvv"%"vvendl;
}
void FIFO()
{
int i,j;
bool find;
int point;
int temp; // 临时变量 ChangeTimes = 0;
for(j=0;j<M;j++)
for(i=0;i<N;i++)
DataShowEnable[j][i] = false; //初始化为false，表示没有要显示的数据
for(i=0;i<M;i++)
{
count[i] = 0; // 大于等于 BlockNum ，表示块中没有数据，或需被替换掉 // 所以经这样初始化( 3 2 1)，每次替换 >=3 的块，替换后计数值置 1，
// 同时其它的块计数值加 1 ，成了( 1 3 2 )，见下面先进先出程序段
}
for(i=0;i<N;i++) // 对有所数据操作
{
// 增加 count
for(j=0;j<M;j++)
count[j]++;
find = false; // 表示块中有没有该数据
for(j=0;j<M;j++)
{
if( Block[j] == Data[i] )
{
find = true;
}
}
if( find ) continue; // 块中有该数据，判断下一个数据
// 块中没有该数据
ChangeTimes++; // 缺页次数 ++
if( (i+1) > M ) // 因为 i 是从 0 开始记，而 M 指的是个数，从 1 开始，所以 i+1 {
//获得要替换的块指针
temp = 0;
for(j=0;j<M;j++)
{
if( temp < count[j] )
{
temp = count[j];
point = j; // 获得离的最远的指针
}
}
}
else point = i;
// 替换
Block[point] = Data[i];
count[point] = 0; // 更新计数值
// 保存要显示的数据
for(j=0;j<M;j++)
{
DataShow[j][i] = Block[j];
DataShowEnable[i<M?(j<=i?j:i):j][i] = true; // 设置显示数据
}
}
// 输出信息
cout<< endl;
cout<<"FIFO => "<< endl;
DataOutput();
}
void Optimal()
{
int i,j,k;
bool find;
int point;
int temp; // 临时变量，比较离的最远的时候用
ChangeTimes = 0;
for(j=0;j<M;j++)
for(i=0;i<N;i++)
DataShowEnable[j][i] = false; //初始化为false，表示没有要显示的数据
// for(i=0;i<M;i++)
// {
// count[i] = 0 ; //
// }
for(i=0;i<N;i++) // 对有所数据操作
{
find = false; // 表示块中有没有该数据
for(j=0;j<M;j++)
{
if( Block[j] == Data[i] )
find = true;
}
if( find ) continue; // 块中有该数据，判断下一个数据
// 块中没有该数据，最优算法
ChangeTimes++; // 缺页次数 ++
for(j=0;j<M;j++)
{
// 找到下一个值的位置
find = false;
for( k =i;k<N;k++)
{
if( Block[j] == Data[k] )
{ find = true; count[j] = k; break;
}
}
if( !find ) count[j] = N;
}
if( (i+1) > M ) // 因为 i 是从 0 开始记，而 BlockNum 指的是个数，从 1 开始，所以 i+1 {
//获得要替换的块指针
temp = 0;
for(j=0;j<M;j++)
{
if( temp < count[j] )
{
temp = count[j];
point = j; // 获得离的最远的指针
}
}
}
else point = i;
// 替换
Block[point] = Data[i];
// 保存要显示的数据
for(j=0;j<M;j++)
{
DataShow[j][i] = Block[j];
DataShowEnable[i<M?(j<=i?j:i):j][i] = true; // 设置显示数据
}
}
// 输出信息
cout<< endl;
cout<<"Optimal => "<< endl;
DataOutput();
}
void LRU()
{
int i,j;
bool find;
int point;
int temp; // 临时变量 ChangeTimes = 0; for(j=0;j<M;j++) for(i=0;i<N;i++)
DataShowEnable[j][i] = false; //初始化为false，表示没有要显示的数据
for(i=0;i<M;i++)
{
count[i] = 0 ;
}
for(i=0;i<N;i++) // 对有所数据操作
{
// 增加 count
for(j=0;j<M;j++)
count[j]++;
find = false; // 表示块中有没有该数据
for(j=0;j<M;j++)
{
if( Block[j] == Data[i] )
{
count[j] = 0;
find = true;
}
}
if( find ) continue; // 块中有该数据，判断下一个数据
// 块中没有该数据
ChangeTimes++; // 缺页次数 ++
if( (i+1) > M ) // 因为 i 是从 0 开始记，而 BlockNum 指的是个数，从 1 开始，所以 i+1 {
//获得要替换的块指针
temp = 0;
for(j=0;j<M;j++)
{
if( temp < count[j] )
{
temp = count[j];
point = j; // 获得离的最远的指针
}
}
}
else point = i;
// 替换
Block[point] = Data[i];
count[point] = 0;
// 保存要显示的数据
for(j=0;j<M;j++)
{
DataShow[j][i] = Block[j];
DataShowEnable[i<M?(j<=i?j:i):j][i] = true; // 设置显示数据
}
//输出信息
coutvv endl;
cout?"LRU => "<< endl; DataOutput();
}
五、实验效果
六、实验总结
通过这次实验我对先进先出 FIFO ，最佳置换 OPI 和最近最久未使用 LRU 页面置换算法 的实现方法。
有了更多的了解。
在编程过程中我也通过查阅书籍和复习以前的课本， 对 C++ 编程语言进行了复习。
通过这个实验我也体会到思路的重要性， 一个程序如果一开始计划的好， 结构设计完善， 才 可能顺利进行。
这次实验模拟出了优先权调度算法， 使我更加了解这一算法的调度过程。
以 前仅限于知道这一知识点， 现在居然能用程序来实现这个过程。
我相信这将是一个很好的学 习方法。
我希望以后能够有更多的机会来锻炼自己， 通过具体实践来提高自己编程的能力， 来进 一步掌握和理解在课堂上学到的东西，做到学以致用！总之，这次综合实验是我收益匪浅， 是我明白了实际编程和理论知识间的差异， 明白了在学习课本的基础上我们还需要很大的实 践扩充才能真正的理解并学好这门课程。