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實驗報告 實驗八 實驗名稱： 存儲管理模擬 實驗?zāi)康模? 1. 掌握請求分頁存儲管理系統(tǒng)的基本原理 2. 實現(xiàn)一個模擬的虛擬分頁存儲管理系統(tǒng) 實驗要求: 編寫一個程序，模擬一個虛擬分頁存儲管理系統(tǒng)。其中，由系統(tǒng)隨機產(chǎn)生進程； 進程大小、進程到達次序、時間、進程執(zhí)行軌跡（頁面訪問順序）也隨機生成，但進程之間必須有并發(fā)存在，進程執(zhí)行時間需有限，進程調(diào)度采用時間片輪轉(zhuǎn)算法（以頁面模擬）；rss駐留集大小物理塊分配策略采取固定分配局部置換；分配算法采用按比例分配算法；調(diào)頁采用請求調(diào)頁方式；置換分別采用FIFO、LRU(一直沒用) 訪問次數(shù) 和簡單CLOCK算法（循環(huán)鏈表）標志 有沒有被訪問； 駐留集大小可調(diào)，觀察駐留集大小對缺頁率的影響。 算法思想: FIFO 先進先出法 LRU 最久未使用算法 CLOCK 簡單時鐘算法 命中率＝１－頁面失效次數(shù)／頁地址流(序列)長度 駐留集大小可調(diào)，觀察駐留集大小對缺頁率的影響。 結(jié)構(gòu)體定義 頁面控制表 表結(jié)構(gòu) 頁面號 指針 頁面控制結(jié)構(gòu) 單位時間訪問次數(shù) 頁框號 上次訪問時間 頁面序號 頁面 頁框號 包含鏈表：空閑頁面表 忙頁面表 包含數(shù)組：進程數(shù)組 頁面號數(shù)組 開始 流程圖： 引用塊編號大于物理塊？ 分配物理塊 為其分配頁號 隨機得到進程指令序列 否 頁號在物理塊內(nèi)？ 是 是 是否完成？ 選擇FIFO LRU CLOCK 置換算法置換 是 結(jié)束  實驗結(jié)果分析： 觀察數(shù)據(jù)可看出：橫向：三種替換算法的命中率由高到底排列應(yīng)該是LRU>CLOCK>FIFO。 縱向：進程的駐留級越大，其缺頁率就越低。 實驗體會： 1. 內(nèi)存中進程的多少會影響駐留集大小和缺頁中斷率。 如果內(nèi)存中進程太多，將導(dǎo)致每個進程的駐留集太小，發(fā)生缺頁中斷的概率很大。相應(yīng)地，系統(tǒng)發(fā)生抖動的可能性就會很大。 如果在內(nèi)存中保持太少的活動進程，那么所有活動進程同時處于阻塞狀態(tài)的可能性就會很大，從而降低處理機的利用率。 2. 置換算法的好壞將直接影響系統(tǒng)的性能，不適當?shù)闹脫Q算法可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)“抖動”現(xiàn)象。常用的頁面置換算法：最佳置換算法、最近最少使用算法、先進先出算法和時鐘算法等。最佳置換算法難以實現(xiàn)但可以成為核對其他算法的標準。 3. 也應(yīng)注意負載問題，解決系統(tǒng)應(yīng)當保持多少個活動進程駐留在內(nèi)存的問題，即控制多道程序系統(tǒng)的度。當內(nèi)存中的活動進程數(shù)太少時，負載控制將增加新進程或激活一些掛起進程進入內(nèi)存；反之，當內(nèi)存中的進程數(shù)太多時，負載控制將暫時掛起一些進程，減少內(nèi)存中的活動進程數(shù)。 實驗代碼： #include #include #include #include #define TRUE 1 #define FALSE 0 #define INVALID -1 #define total_instruction 320 //指令流長 #define total_vp 32 //頁長 #define clear_period 50 typedef struct //頁面結(jié)構(gòu) { int pn, //頁面序號 pfn, //頁面所在內(nèi)存區(qū)的頁框號 counter, //單位時間內(nèi)訪問次數(shù) time; //上次訪問的時間 }pl_type; pl_type pl[total_vp]; //頁面結(jié)構(gòu)數(shù)組 struct pfc_struct{ //頁面控制結(jié)構(gòu) int pn, //頁面號 pfn; //內(nèi)存區(qū)頁面的頁框號 struct pfc_struct *next; //頁面指針，用于維護內(nèi)存緩沖區(qū)的鏈式結(jié)構(gòu) }; typedef struct pfc_struct pfc_type; //主存區(qū)頁面控制結(jié)構(gòu)別名 pfc_type pfc[total_vp], //主存區(qū)頁面控制結(jié)構(gòu)數(shù)組 *freepf_head, //主存區(qū)頁面控制結(jié)構(gòu)的空閑頁面頭指針 *busypf_head, //主存區(qū)頁面控制結(jié)構(gòu)的忙頁面頭指針 *busypf_tail; //主存區(qū)頁面控制結(jié)構(gòu)的忙頁面尾指針 int diseffect; //頁錯誤計數(shù)器，初次把頁面載入主存時也當做頁錯誤 int a[total_instruction]; //隨即指令流數(shù)組 int page[total_instruction]; //指令對應(yīng)的頁面號 int offset[total_instruction]; //指令所在頁面中的偏移量 int initialize(int); //初始化頁面結(jié)構(gòu)數(shù)組和頁面控制結(jié)構(gòu)數(shù)組 int FIFO(int); //先進先出算法 int LRU(int); //最近最久未使用算法 int CLOCK(int); //簡單時鐘(鐘表)算法 int main( ) { int s; //隨機數(shù) int i; srand(10*getpid()); /*每次運行時進程號不同，用來作為初始化隨機數(shù)隊列的"種子"*/ s = (int)((float)(total_instruction-1)*(rand()/(RAND_MAX+1.0))); printf("\n--------rand instructions queue--------\n"); for (i=0; ipl[j].time&&pl[j].pfn!=INVALID) { MinT=pl[j].time; MinPn=j; } } freepf_head=&pfc[pl[MinPn].pfn]; //最久沒被訪問過的頁被釋放 pl[MinPn].pfn=INVALID; //最久沒被訪問過的頁被換出主存 pl[MinPn].time=-1; //最久沒被訪問過的頁的訪問時間置為無效 freepf_head->next=NULL; } pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn; //有空閑頁面,把相應(yīng)的頁面換入主存，并把pfn改為相應(yīng)的頁框號 pl[page[i]].time=CurrentTime; //令訪問時間為當前系統(tǒng)時間 freepf_head=freepf_head->next; //減少一個空閑頁面 } else pl[page[i]].time=CurrentTime; //命中則刷新該單元的訪問時間 CurrentTime++; //系統(tǒng)當前時間加 } printf("%6.3f\t",1-(float)diseffect/320); return 0; } //簡單時鐘算法 //int total_pf; 用戶進程的內(nèi)存頁面數(shù) int CLOCK(int total_pf) { int i; int use[total_vp]; //使用位 int swap; swap=0; //發(fā)生替換 initialize(total_pf); pfc_type *pnext; //時鐘指針 pfc_type *head; //隊列頭指針 pnext=freepf_head; head=freepf_head; for(i=0;ipfn]==1) //若時鐘指針指向的頁的使用位為，則改為并跳過 { use[pnext->pfn]=0; pnext=pnext->next; if(pnext==NULL) pnext=head; //如果時鐘指針到達隊列尾部，重新返回頭部 } //換出被替換的頁 pl[pnext->pn].pfn=INVALID; swap=1; } if(use[pnext->pfn]==0){ //如果使用位為，則換入相應(yīng)的頁 pl[page[i]].pfn=pnext->pfn; //頁面結(jié)構(gòu)中要標記頁框號 pnext->pn=page[i]; //頁面控制結(jié)構(gòu)中要標記頁號 use[pnext->pfn]=1; //重置使用位為 pnext=pnext->next; //時鐘指針下移 if(pnext==NULL) pnext=head; //如果時鐘指針到達隊列尾部，重新返回頭部 if(swap==0){ freepf_head=freepf_head->next; } } }else{//頁面在主存中 use[pl[page[i]].pfn]=1; //刷新使用位為 } } printf("%6.3f\t",1-(float)diseffect/320); return 0; } //先進先出算法版本 //int total_pf; 用戶進程的內(nèi)存頁面數(shù) //實現(xiàn)細節(jié)由CLOCK算法退化而來，與FIFO同效果 int FIFO(int total_pf) { int i; int use[total_vp]; int swap=0; initialize(total_pf); pfc_type *pnext,*head; pnext=freepf_head; head=freepf_head; for(i=0;ipfn]==1) { use[pnext->pfn]=0; pnext=pnext->next; if(pnext==NULL) pnext=head; } //換出被替換的頁 pl[pnext->pn].pfn=INVALID; swap=1; } if(use[pnext->pfn]==0){ //如果使用位為，則換入相應(yīng)的頁 pl[page[i]].pfn=pnext->pfn; //頁面結(jié)構(gòu)中要標記頁框號 pnext->pn=page[i]; //頁面控制結(jié)構(gòu)中要標記頁號 use[pnext->pfn]=1; //重置使用位為 pnext=pnext->next; if(pnext==NULL) pnext=head; if(swap==0){ freepf_head=freepf_head->next; } } } } printf("%6.3f\t",1-(float)diseffect/320); return 0; }