实验项目名称：操作系统页面调度算法
一、实验目的和要求
目的：对操作系统中使用的页面调度算法进行设计。
要求：对教材中所讲述的几种页面调度算法进行深入的分析，通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计,了解虚拟存储技术的特点,掌握请求页式存储管理的页面置换算法。
二、实验内容
1、设计两个程序模拟实现一个作业在内存中执行的页面置换，并计算缺页中断次数。
2、编制两种页面置换算法：
1）FIFO页面置换算法；
2）LRU页面置换算法。
三、实验原理
1、FIFO页面置换算法：总是选择在其内存中驻留的时间最长的一页将其淘汰。
2、LRU页面置换算法：选择最近一段时间内最长时间没有被访问过的页面予以淘汰。
四、实验操作过程及实验结果记录
1、FIFO页面置换算法：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define maxpagenum 100
typedef struct page
{
int pagenum;
struct page *next;
}Page;
int FIFO(Page *block,int pages[maxpagenum],int pagenum,int blocknum)
{
int i = 0,j = 0;
int time = 0;
Page *old = block,*check = NULL;
while(i<pagenum){
check = block;
j = 0;
while(j < blocknum){
if(pages[i]==check->pagenum)// 命中
break;
check = check->next;
j++;
}
if(j == blocknum){
//没有命中，替换
old->pagenum = pages[i];
old = old->next;
time += 1; //缺页次数+1
}
i++;
}
return time;
}
Page* creatblock(int blocknum)
{
int i;
Page *head = NULL,*cur = NULL,*tail = NULL;
for(i = 0;i < blocknum;i++){
if(!head){
cur = (Page*)malloc(sizeof(Page));
cur->pagenum = -1;
cur->next = NULL;
head = tail = cur;
}
else{
cur = (Page*)malloc(sizeof(Page));
cur->pagenum = -1;
tail->next = cur;
tail = cur;
}
}
tail->next = head;
return head;
}
int main()
{
int time;
int pages[maxpagenum];
int i,blocknum,pagenum;
Page *head=NULL;
printf("请输入块号：\n");
scanf("%d",&blocknum);
head = creatblock(blocknum);
printf("请输入待访问的页面数量：\n");
scanf("%d",&pagenum);
printf("请输入待访问的页面号：\n");
for(i=0;i<pagenum;i++){
scanf("%d",&pages[i]);
}
time = FIFO(head,pages,pagenum,blocknum);
printf("缺页次数：%d，中断率：%.2f%%\n",time,time*1.0/pagenum*100);
return 0;
}
运行截图：
2、LRU页面置换算法：
#include<stdio.h>
int block_num; /*分配的物理块数*/
int page_num; /*要访问的页面序列个数*/
int page[100]; /*要访问的页面序列*/
int memory[10]; /*物理块中的页号*/
int table[100][10]; /*显示矩阵*/
int reg[10]; /*寄存器--记录页面的访问时间*/
char Que[100]; /*数组，记录是否缺页*/
/*主函数*/
int main()
{
int count=0; /*记录缺页次数*/
int i,j,k;
while(1)
{
printf("请输入分配的物理块的个数(M<=10):\n");
scanf("%d",&block_num);
if(block_num>10)
printf("输入不合法，请重新输入");
printf("\n");
break;
}
while(1)
{
printf("请输入要访问的页面序列个数(P<=100):\n");
scanf("%d",&page_num);
if(page_num>100)
printf("输入不合法，请重新输入");
printf("\n");
break;
}
printf("请依次输入要访问的页面序列，以空格隔开:\n");
for(i=0;i<page_num;i++)
{
scanf("%d",&page[i]);
Que[i] = 'N';
}
for(i=0;i<block_num;i++)
memory[i]=-1; //初始内存块中默认为空，用-1表示
//访问页面
for(i=0;i<page_num;i++)
{
if(i==0) //访问的第一个页面
{
memory[i]=page[i];
reg[i]=i;
for(j=0;j<block_num;j++)
table[i][j]=memory[j];
Que[i]='Y';
count++;
}
else
{
/*判断新页面号是否在物理块中*/
for(j=0,k=0;j<block_num;j++)
{
if(memory[j]!=page[i])
k++;
else
{
/*新页面在内存块中*/
reg[j]=i; //刷新该页面的访问时间
for(int n=0;n<block_num;n++)
table[i][n]=memory[n];
}
}
}
if(k==block_num) /*新页面不在物理块中，缺页*/
{
int q=0;
Que[i]='Y';
count++;
for(int j=0;j<block_num;j++)
{
if(memory[j]==-1) /*内存块未满*/
{
memory[j]=page[i];
reg[j]=i;
for(int n=0;n<block_num;n++)
table[i][n]=memory[n];
break;
}
else
q++;
}
if(q==block_num)/*内存块已满，需采用LRU置换算法选择换出页*/
{
int min=0; //记录换出页
for(int m=1;m<block_num;m++)
if(reg[m]<reg[min])
min=m;
memory[min]=page[i];
reg[min]=i; /*记录该页的访问时间（新到的页面进入之前min的位置，需将min位置的访问时间更改）*/
for(int n=0;n<block_num;n++)
table[i][n]=memory[n];
}
}
}
/*输出运行过程及结果*/
printf("采用LRU页面置换算法结果如下: \n");
printf("\n");
printf("\n");
printf("页号:");
for(i=0;i<page_num;i++)
printf("%3d",page[i]);
printf("\n");
printf("-----------------------------------------------------\n");
for(i=0;i<block_num;i++)
{
printf("块%2d:",i);
for(j=0;j<page_num;j++)
printf("%3d",table[j][i]);
printf("\n");
}
printf("-----------------------------------------------------\n");
printf("缺页:");
for(i=0;i<page_num;i++)
printf("%3c",Que[i]);
printf("\n");
printf("-----------------------------------------------------\n");
printf("\t缺页次数:%d\n",count);
printf("\t缺页率:%d/%d\n",count,page_num);
printf("-----------------------------------------------------\n");
}
运行截图：
五、实验结论
FIFO调度算法，是一种最简单的调度算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。可以得出先来先服务算法和最近最久未使用算法性能相近,同时对比不同内存块数下的程序运行结果能够看出，算法的缺页率与分配的内存块数有关系，分配的内存块数越多，缺页率越低。
六、实验过程中所遇问题思考与讨论
在具体的实验操作中，采用C语言实现发生缺页中断的初始页号这部分时不太理解具体代码细节，最终通过在网上搜索解决了相关问题，复习之前遗忘的知识点，学习新的知识。通过这次试验让我们对操作系统的页面置换算法有了更深入的了解。