广州大学2022操作系统实验三——内存管理
文章目录
- 一、实验内容
- 二、实验原理
- 三、实验步骤
- 1.画出每个页面置换算法流程图
- OPT:
- Ofar()流程图：
- Lfar()流程图：
- FIFO：
- 2.对算法所用的数据结构进行说明:
- 3. 测试数据随机产生。不可手工输入:
- 4.多次测试程序，截屏输出实验结果:
- OPT
- LRU
- FIFO
- 5.根据实验结果与理论课讲述的原理进行实验分析
- 五、实验数据及源代码
- 总结
一、实验内容
1、模拟实现请求页式存储管理的几种基本页面置换算法
（1）最佳淘汰算法（OPT）
（2）先进先出的算法（FIFO）
（3）最近最久未使用算法（LRU））
二、实验原理
1、虚拟存储系统
UNIX中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制；内存空间的分配和回收均以页为单位进行；一个进程只需将其一部分（段或页）调入内存便可运行；还支持请求调页的存储管理方式。
当进程在运行中需要访问某部分程序和数据时，发现其所在页面不在内存，就立即提出请求（向CPU发出缺中断），由系统将其所需页面调入内存。这种页面调入方式叫请求调页。
为实现请求调页，核心配置了四种数据结构：页表、页框号、访问位、修改位、有效位、保护位等。
2、页面置换算法
当CPU接收到缺页中断信号，中断处理程序先保存现场，分析中断原因，转入缺页中断处理程序。该程序通过查找页表，得到该页所在外存的物理块号。如果此时内存未满，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，则须按某种置换算法从内存中选出一页准备换出，是否重新写盘由页表的修改位决定，然后将缺页调入，修改页表。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。
（1）最佳淘汰算法（OPT）：选择永不使用或在未来最长时间内不再被访问的页面予以替换。
（2）先进先出的算法（FIFO）：选择在内存中驻留时间最久的页面予以替换。
（3）最近最久未使用算法（LRU）：选择过去最长时间未被访问的页面予以替换。
3、首先用srand( )和rand( )函数定义和产生指令序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，并针对不同的算法计算出相应的命中率。
（1）通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。指令的地址按下述原则生成：
A：50%的指令是顺序执行的
B：25%的指令是均匀分布在前地址部分
C：25%的指令是均匀分布在后地址部分
具体的实施方法是：
A：在[0，319]的指令地址之间随机选取一起点m
B：顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令
C：在前地址[0,m+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为m’
D：顺序执行一条指令，其地址为m’+1
E：在后地址[m’+2，319]中随机选取一条指令并执行
F：重复步骤A-E，直到320次指令
（2）将指令序列变换为页地址流
设：页面大小为1K；
用户内存容量4页到32页；
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：
第 0 条-第 9 条指令为第0页（对应虚存地址为[0，9]）
第10条-第19条指令为第1页（对应虚存地址为[10，19]）
………………………………
第310条-第319条指令为第31页（对应虚存地址为[310，319]）
按以上方式，用户指令可组成32页。
因为是模拟程序，可以不使用系统调用函数
三、实验步骤
1.画出每个页面置换算法流程图
S=MAX(320)
OPT:
⭐LRU也是这样的流程，不同的地方是Ofar函数不同
Ofar()流程图：
P=start(图写错了）
Far算法是变量内存数组，然后寻找距离最远的数，目的是更新或使最远页数在内存中的下标值，然后返回这个需要更改的下标值
Lfar()流程图：
Lfar的流程，只改变了distance计算方法和p的移动方向
FIFO：
2.对算法所用的数据结构进行说明:
数组说明：
随机生成320条指令函数：
cpage():
将随机指令转换成页地址流的函数
find()：
判断页是否在内存中 其实是一个查找数num是否在参数数组内的一个函数
Ofar()：
在OPT算法中寻找最久未使用或未来不使用的内存内的页号的下标
Lfar()：
LRU算法中寻找最近最久未使用的内存内的页号的下标
这里加入LRU算法中的查找所需下标的函数，因为两个函数很像，只是查找方向相反
LRU算法实现
OPT算法实现
和上图一样，因为这部分函数主要是判断指针所指的页号是否在内存，并调用查找需要替换的内存下标并进行替换
FIFO算法实现
3. 测试数据随机产生。不可手工输入:
4.多次测试程序，截屏输出实验结果:
OPT
因为320，32，不易观察，下图数据暂时修改成150和15
只显示发生缺页中断时的页地址流和内存表
LRU
因为320，32，不易观察，下图数据暂时修改成150和15
只显示发生缺页中断时的页地址流和内存表
FIFO
出现该问题的原因： 首次构造链表算法写错了，改成后插法就可以了（为了记录问题所以没有更改）
第一次输出出问题原因在于我算法是先将内存表填满，FIFO算法内存表用了链表，在第一次构建链表的时候没有用后插法创建链表，有问题的算法为：
过程为先赋值p->data,在创建新结点，p后移，但是这样的问题是当最后一个数赋值后，后面还是会连着一个data为空的新结点，导致在print的时候p指向最后一个数据时p->next不为NULL（指向空结点，空结点next为NULL）
但是不影响后面的算法，因为last指向是正确的
5.根据实验结果与理论课讲述的原理进行实验分析
OPT算法页号命中率：
LRU算法页号命中率：
输出LRU命中率会出现只输出一部分从内存大小最小值开始的命中率的问题（如只输出内存4k到17k就停下来了）通过更改内存大小的区间（如设置18k-31k）才得到内存由4k-31k的命中率，所以上面的结果图是运行了两次然后截图的
（ 另外两个就不会，我也不知道为什么广州大学2022操作系统实验三——内存管理相关推荐
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