模擬頁式存儲管理-操作系統(tǒng)課程設計報告

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文檔簡介

1、　　操作系統(tǒng) 課程設計報告　　課題：模擬頁式存儲管理 　　姓名： 　　學號： 　　同組姓名： &

2、lt;p>　　專業(yè)班級： 　　指導教師： 　　設計時間：2011-2-22 　　目錄　　一、目的和要求2&

3、lt;p>　　1、設計目的2　　2、設計要求2　　二、設計思路及過程2　　1、概要設計2　　2、過程設計3

4、;　　三、數(shù)據(jù)定義5　　四、核心代碼5　　五、運行截圖8　　六、小結10

5、;　　七、參考文獻11　　附錄12　　一、目的和要求　　1、設計目的　　通過請求頁式存儲管理中頁面置換算法模擬設計，

6、了解虛擬存儲技術的特點，掌握請求頁式存儲管理的頁面置換算法。　　2、設計要求　　根據(jù)模擬的頁式管理設計，掌握在頁式存儲管理中最基本的三種頁面調度算法FIFO、LRU以及OPT。但在三種算法中均要求在調度程序中產(chǎn)生的頁面序列是隨機產(chǎn)生的，而不是人為的輸入，在執(zhí)行時只需改變頁面的大小及內存容量就可以得到不同的頁面序列，另

7、外還需要說明隨機的性能和其性能可能對算法的影響，并對隨機性要有一定的參數(shù)控制能力。此外，計算并輸出FIFO、LRU以及OPT算法在不同內存容量下的命中率。　　根據(jù)方法的執(zhí)行過程，編寫一個解決上述問題的程序，顯示訪問每個值頁面中的值。　　具體參數(shù)：訪問串的長度，訪問串，頁面?zhèn)€數(shù)。　　分別用3種不同的方法實現(xiàn)頁面的置

8、換，并輸出相關信息。　　二、設計思路及過程　　1、概要設計　　1.1 問題概述　　根據(jù)三種不同的置換算法，依據(jù)其不同的算法方式，分別計算該算法在不同情況下的命

9、中率，并顯示各頁面的變化情況。　　1.2 內容分析　　對于該課程設計中模擬的頁式存儲管理的頁面置換過程，只要掌握其中最基本的三種算法，包括FIFO、LRU及OPT。但最重要的一點就是要求產(chǎn)生隨機序列，所以在編寫程序時要采用控制產(chǎn)生隨機值的種子數(shù)函數(shù)，如此能產(chǎn)生隨機的訪問序列。另外，不能在執(zhí)行完一次操作后就只能進行另

10、外一種算法的操作，必須還要有更加詳細的操作，比如：是否要重新得到新序列？還是要不改變訪問序列而只改變訪問串的內存容量？抑或是不操作就退出該算法以進行下一種調度算法？因此，在執(zhí)行完每次操作后都必須要有提示語，看是否進入更細節(jié)的操作，還是退出本次算法的操作以進入下一種算法的調度。　　2、過程設計　　2.

11、1模塊設計　　在下圖的主模塊設計圖中，只注重描繪了頁式存儲管理的三種主要算法，未描繪出細節(jié)部分。其中，在執(zhí)行每種算法時都會要求輸入你所需要的訪問串長度、隨機值以及同一種算法的不同內存容量，如此就可以得出不同的命中率。另外，在執(zhí)行完該操作后又會出現(xiàn)三條提示語，是重新得到新序列？還是不改變訪問序列只改變訪問串的內存容量？抑或是不操作退出以進行下一種調度算法？這些在下圖中都未一一實

12、現(xiàn)。　　圖2.1 頁式存儲管理的主模塊設計圖　　2.2 算法原理分析　　要學成功實現(xiàn)算法，首先要知道各個方法是怎么做的，即原理是怎樣的，下面是三種算法的原理。　　FIFO算法是先進先出，當當前內存中沒有正要訪問的頁面時，置換出最先進來的頁面。<

13、;p>　　LRU算法是最近最久未使用，當當前內存中沒有正要訪問的頁面時，置換出在當前頁面中最近最久沒有使用的頁面。　　OPT算法是未來最遠出現(xiàn)，當當前內存中沒有正要訪問的頁面時，置換出當前頁面中在未來的訪問頁中最遠出現(xiàn)的頁面或再也不出現(xiàn)的頁面。　　2.3 程序流程圖

14、本次課程設計的主要流程是3種置換算法的流程圖，本人負責OPT，流程圖如下所示：　　圖2.2 OPT算法流程圖　　三、數(shù)據(jù)定義　　int length,num_page,count,seed; //length記錄訪問串的長度，num_page頁面數(shù)，count記錄缺頁次數(shù)&

15、lt;/p>　　int result[20][30],order[30],a[10]; //result記錄結果,order存儲訪問串,a存儲當前頁面中的值　　int pos1,flag1,flag2,flag3; //pos1位置變量，flag1等為標志變量　　char result1[30]; //記錄缺頁數(shù)組</

16、p>　　四、核心代碼　　三種置換算法中只列出本人負責部分（OPT算法），具體代碼及注釋如下：　　void opt() //理想型　　{　　int i,pos[10],

17、flag[10];//i為for循環(huán)控制語句，pos為位置變量，flag標志變量　　while(1)　　{　　flag1=flag2=0;　　for(i=0;i<length;i++)//訪

18、問串遍歷　　{　　if(!search(order[i]))//查詢要訪問的頁是否在內存中　　{　　count++;

19、　　result1[i]='*';　　if(a[num_page-1]!=-1) //表示當前頁面已滿要淘汰一個　　{　　memset(pos,-1,sizeof(pos));//初始pos數(shù)組　　memset(fla

20、g,0,sizeof(flag));//初始flag數(shù)組　　int j,k;　　for( j=i;j<length;j++)//找當前頁中的值在將來訪問串中對應最近位置　　{　　for( k

21、=0;k<num_page;k++)　　{　　if(order[j]==a[k]&&flag[k]==0)　　{　　pos[k]=j;&

22、lt;/p>　　flag[k]=1;　　}　　}　　}　　cout<<endl;<p&g

23、t;　　int max=-10,max_pos;　　for( k=0;k<num_page;k++)//找出位置最遠的那個值　　{　　if(pos[k]==-1)//未出現(xiàn)則跳出，替換該值　　{</b&g

24、t;　　max_pos=k;　　break;　　}　　else if(max<pos[k])　　{</p

25、>　　max=pos[k];　　max_pos=k;　　}　　}　　a[max_pos]=order[i];

26、　　}　　else //還有空頁,直接調入內存　　{　　for(int j=0;j<num_page;j++)　　{　　if(a

27、[j]==-1)　　{　　a[j]=order[i];　　break;　　}　　}</b&g

28、t;　　}　　}　　else result1[i]=' ';　　for(int j=0;j<num_page;j++)<b&g

29、t;　　{　　result[j][i]=a[j];　　}　　}　　again(); //再操作　　if(flag1==0&&

30、amp;flag2==0)　　break;　　}　　}　　其中的查詢函數(shù)search（）具體代碼如下:　　bool

31、search(int n) //查找當前內存中是否已存在該頁　　{　　int i;　　for(i=0;i<num_page;i++)　　{</p

32、>　　if(a[i]==n)　　return true;　　}　　return false;　　}　　其中的再操作函數(shù)agai

33、n（），具體代碼如下：　　void again() //用于再輸入　　{　　print();　　int numpage,m;　　printf("

34、;************************************** \n");　　printf(" 1.重新輸入新序列.\n");　　printf(" 2.不改變訪問序列只改變頁面數(shù).\n");　　printf(" 0

35、.不操作退出.\n");　　printf("************************************** \n");　　printf(" 選擇所要操作:");　　scanf("%d",&m);

36、　　if(m==1) 　　{　　flag1=1; //重新輸入　　init();　　}</

37、p>　　else if(m==2)　　{　　flag2=1;　　cout<<"輸入新頁面數(shù)：";　　cin>>numpage

38、;　　num_page=numpage;memset(a,-1,sizeof(a));　　}　　else return ;　　}　　五、

39、運行截圖　　根據(jù)不同的分工，限于紙張只列出部分截圖，以下是對OPT調度算法的實驗截圖：　　圖5.1 相同的內存容量下不同的訪問串序列1　　圖5.2 相同的內存容量下不同的訪問串序列2　　依上圖5.1和5.2來看，OPT調度算法在訪問串長度一致，隨機值不

40、同以致產(chǎn)生不同的訪問串序列時，但頁面數(shù)相同的情況下，所得到的命中率也不同。　　圖5.3　不同的內存容量下相同的訪問串序列　　在上圖5.3中就是對同一訪問串序列進行OPT調度，只是改變其頁面的大小，得到了不同的命中率。　　六、小結　　本

41、次課程設計目的是通過請求頁式管理中頁面置換算法模擬設計，了解虛擬存儲技術的特點，掌握請求頁式存儲管理的頁面置換算法。要求設計隨機頁面產(chǎn)生程序，并說明隨機的性能和其性能可能對算法的影響，對隨機性要有一定的參數(shù)控制能力；計算并輸出FIFO及LRU算法在不同內存容量下的命中率。　　由于上學期做過頁面置換的實驗，內容包括先進先出算法（FIFO）、最近最久未使用頁面置換算法（LRU）和理想淘汰算法（OPT

42、），3種算法思想簡單明確，選好數(shù)據(jù)結構，思路清晰便基本沒問題了。所以相對來說，這次操作系統(tǒng)的課程設計容易許多，只是在之前實驗基礎上，要附加設計隨機頁面產(chǎn)生程序，對隨機性要有一定的參數(shù)控制能力。對于隨機頁面產(chǎn)生程序，我們之前沒做過，在網(wǎng)上查閱資料，使用了庫函數(shù)srand（）和rand（），實現(xiàn)了簡單的隨機頁面產(chǎn)生程序，功能基本完成。我們知識所限，沒有使用漂亮可視化界面編程實現(xiàn)功能，用簡單的C語言編程實現(xiàn)的。不管怎么樣，最終還是實現(xiàn)的本次課

43、程設計要求的。　　做了這么多次課程設計了，大致的過程都熟悉了，每次的動手實踐，調動了我們主動學習的積極性, 并引導我們根據(jù)實際編程要求, 訓練自己實際分析問題的能力及編程能力, 并養(yǎng)成良好的編程習慣。通過詳細的實例, 循序漸進地啟發(fā)我們完成設計課程設計將要求。　　從拿到題目到完成整個編程，從理論到實踐可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過

44、的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。知識的獲得是無止境的，只要你想學，只要你行動，就一定會有所收獲的。回首這兩個星期的課程設計，盡管很是頭痛，很多都不會，但經(jīng)過努力，我們還是學了不少知識的。這期間，老師給了我們許多幫助，非常感

45、謝！　　七、參考文獻　　【1】張堯學, 史美林. 計算機操作系統(tǒng)教程(第2版). 北京: 清華大學出版社, 2000　　【2】張堯學, 史美林. 計算機操作系統(tǒng)教程(第2版)習題解答與實驗指導. 北京: 清華大學出版社, 2000

46、　【3】譚浩強, 張基溫. C語言程序設計教程. 高等教育出版社,1991　　附錄　　所有源程序代碼如下：　　#include<iostream>　　#include<stdlib.h>

47、　　using namespace std;　　int length,num_page,count,seed;　　int result[20][30],order[30],a[10];　　int pos1,flag1,flag2,flag3;　　char

48、 result1[30];　　void init()　　{　　memset(a,-1,sizeof(a));　　int i;　　cout<<&

49、quot;輸入訪問串的長度:";　　cin>>length;　　cout<<"輸入種子數(shù)控制產(chǎn)生的隨機值：";　　cin>>seed;　　srand(seed);

50、　cout<<"產(chǎn)生的隨機訪問串:";　　for(i=0;i<length;i++)　　{　　//cin>>order[i];　　order[i]=rand()%10;</p&

51、gt;　　cout<<order[i]<<" ";　　}　　cout<<endl;　　cout<<"輸入頁面的個數(shù)：";

52、cin>>num_page;　　}　　void print()　　{　　int i,j;　　cout&l

53、t;<"(*表示缺頁)"<<endl;　　cout<<endl;　　for( j=0;j<length;j++)　　printf("%2d ",order[j]);　　cout<<en

54、dl;　　for( i=0;i<num_page;i++)　　{　　for( j=0;j<length;j++)　　{　　if(result[

55、i][j]==-1)　　{　　printf(" ");　　}　　else　　printf(&

56、quot;%2d ",result[i][j]);　　}　　cout<<endl;　　}　　for( j=0;j<length;j++)<

57、p>　　{　　printf("%2c ",result1[j]);　　}　　cout<<endl;　　cout<<"缺頁率："

58、<<count<<"/"<<length;　　printf("=%.1lf",(count*1.0)/(length*1.0)*100);　　cout<<"%"<<endl;

59、　}　　bool search(int n) //查找當期內存是否已存在　　{　　int i;　　for(i=0;i<num_page;i++)

60、　　{　　if(a[i]==n)　　return true;　　}　　return false;　　}</b&g

61、t;　　void again() //用于再輸入　　{　　print();　　int numpage,m;　　printf("********

62、****************************** \n");　　printf(" 1.重新輸入新序列.\n");　　printf(" 2.不改變訪問序列只改變頁面數(shù).\n");　　printf(" 0.不操作退出.\n

63、");　　printf("************************************** \n");　　printf(" 選擇所要操作:");　　scanf("%d",&m);<p&g

64、t;　　if(m==1) 　　{　　flag1=1; //重新輸入　　init();　　}&l

65、t;p>　　else if(m==2)　　{　　flag2=1;　　cout<<"輸入新頁面數(shù)：";　　cin>>numpage;</p&g

66、t;　　num_page=numpage;memset(a,-1,sizeof(a));　　}　　else return ;　　}　　void fifo() //先進先出&l

67、t;/p>　　{　　int i,thisn=0;　　while(1)　　{　　count=0;

68、;　　flag1=flag2=0;　　for(i=pos1;i<length;i++)　　{　　if(!search(order[i]))　　{&l

69、t;/p>　　count++;　　result1[i]='*';　　if(a[num_page-1]!=-1) //表示當前頁面已滿要淘汰一個　　{

70、a[thisn]= order[i];　　thisn++;　　if(thisn>=num_page)　　thisn=0;　　}&

71、lt;p>　　else　　{　　for(int j=0;j<num_page;j++)　　{　　if(a[j]==-1)&

72、lt;p>　　{　　a[j]=order[i];　　break;　　}　　}<p&g

73、t;　　}　　}　　else result1[i]=' ';　　for(int j=0;j<num_page;j++)　　{</p

74、>　　result[j][i]=a[j];　　}　　}　　again(); //再操作　　if(flag1==0&&flag2==0)</p&g

75、t;　　break;　　}　　}　　void lru() //最久最近沒使用　　{</p&

76、gt;　　int i,pos[10];　　while(1)　　{　　count=0;　　flag1=flag2=0;

77、　　memset(pos,-1,sizeof(pos));　　for(i=pos1;i<length;i++)　　{　　if(!search(order[i]))　　{

78、　　count++;　　result1[i]='*';　　if(a[num_page-1]!=-1) //表示當前頁面已滿要淘汰一個　　{

79、　　int j,k;　　for( j=0;j<i;j++) //查找當前頁中的值對應的最近位置　　{　　for( k=0;k<num_page;k++)　　{<

80、;/b>　　if(order[j]==a[k])　　{　　pos[k]=j;　　}　　}&l

81、t;/b>　　}　　int min=pos[0],min_pos=0;　　for( k=1;k<num_page;k++)//找出位置最遠的那個　　{<p

82、>　　if(min>pos[k])　　{　　min=pos[k];　　min_pos=k;　　}　　}&

83、lt;/p>　　a[min_pos]=order[i];　　}　　else //還有空頁　　{　　for(int j=0;j<num_page;j++)</

84、p>　　{　　if(a[j]==-1)　　{　　a[j]=order[i];　　break;<p&g

85、t;　　}　　}　　}　　}　　else result1[i]=' ';<

86、p>　　for(int j=0;j<num_page;j++)　　{　　result[j][i]=a[j];　　}　　}&

87、lt;p>　　again(); //再操作　　if(flag1==0&&flag2==0)　　break;　　}　　}</p&g

88、t;　　void opt() //理想型　　{　　int i,pos[10],flag[10];　　while(1)　　{</p

89、>　　flag1=flag2=0;　　for(i=0;i<length;i++)　　{　　if(!search(order[i]))　　{

90、　　count++;　　result1[i]='*';　　if(a[num_page-1]!=-1) //表示當前頁面已滿要淘汰一個　　{　　memset(pos

91、,-1,sizeof(pos));　　memset(flag,0,sizeof(flag));　　int j,k;　　for( j=i;j<length;j++)//找出當前頁中的值在將來訪問串中對應的最近位置

92、　　{　　for( k=0;k<num_page;k++)　　{　　if(order[j]==a[k]&&flag[k]==0)　　{

93、　　pos[k]=j;　　flag[k]=1;　　}　　}　　}<p

94、>　　cout<<endl;　　int max=-10,max_pos;　　for( k=0;k<num_page;k++)//找出位置最遠的那個值　　{　　if(pos[k]==-1)//未出現(xiàn)則跳出，替換該

95、值　　{　　max_pos=k;　　break;　　}　　else if(max<pos[k])</p&

96、gt;　　{　　max=pos[k];　　max_pos=k;　　}　　}　　a[max_po

97、s]=order[i];　　}　　else //還有空頁　　{　　for(int j=0;j<num_page;j++)　　{&l

98、t;/b>　　if(a[j]==-1)　　{　　a[j]=order[i];　　break;　　}</p

99、>　　}　　}　　}　　else result1[i]=' ';　　for(int j=0;j<num_pa

100、ge;j++)　　{　　result[j][i]=a[j];　　}　　}　　again(); //再操作</

101、p>　　if(flag1==0&&flag2==0)　　break;　　}　　}　　void mune()<

102、/p>　　{　　int m;　　printf("\n**************************************\n\n");　　printf(" 動

103、態(tài)分配分區(qū)方法演示\n");　　printf("\n************************************** \n\n");　　printf(" 1.先進先出算法.\n\n");　　printf(" 2.最

104、久最近未使用頁面置換算法.\n\n");　　printf(" 3.理想型淘汰算法.\n\n");　　printf(" 0.退出程序.\n");　　printf("\n******************************

105、******** \n");　　printf("\n 選擇所要操作:");　　scanf("%d",&m);　　switch(m)　　{</b

106、>　　case 1:　　init();　　fifo( );　　mune();<p&g

107、t;　　break;　　case 2:　　init();　　lru( );　　mune();</

108、b>　　break;　　case 3:　　init();　　opt( );

109、;　　mune();　　break;　　case 0:　　break;　　default:</b

110、>　　printf("選擇錯誤,重新選擇.");　　mune();　　}　　}　　void

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