欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页  >  IT编程

先进先出算法(FIFO)——页面置换

程序员文章站 2022-03-17 11:52:07
原创 最近操作系统实习,写了先进先出算法(FIFO)的代码来实现页面置换。 题目阐述如下: 设计四:页面置换 设计目的: 加深对请求页式存储管理实现原理的理解,掌握页面置换算法。 设计内容: 设计一个程序,有一个虚拟存储区和内存工作区,实现下述三种算法中的任意两种,计算访问命中率 (命中率=1-页面 ......

原创


最近操作系统实习,写了先进先出算法(FIFO)的代码来实现页面置换。

题目阐述如下:

        设计四:页面置换

设计目的:

加深对请求页式存储管理实现原理的理解,掌握页面置换算法。

设计内容:

    设计一个程序,有一个虚拟存储区和内存工作区,实现下述三种算法中的任意两种,计算访问命中率

(命中率=1-页面失效次数/页地址流长度)。附加要求:能够显示页面置换过程。算法包括:先进先出的

算法(FIFO)、最少使用算法(LRU)、最近未使用算法(NUR)该系统页地址流长度为320,页面失效

次数为每次访问相应指令时,该指令对应的页不在内存的次数。   程序首先用srand()和rand()函数分别进

行初始化、随机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。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:

(1)50%的指令是顺序执行的。

(2)25%的指令是均匀分布在前地址部分。

(3)25%的指令是均匀分布在后地址部分。

具体的实施方法如下:

在【0,319】的指令地址之间随机选取一起点m。

顺序执行一条指令,即执行地址为m+1的指令。

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’。

顺序执行一条指令,其地址为m’+1。

在后地址【m’+2,319】中随机选取一条指令并执行。

重复步骤(1)-(5),直到320次指令。

将指令序列变换为页地址流。

设:

页面大小为1KB。

用户内存容量4页到32页。(动态变化)

用户虚存容量为32KB。(32页)

在用户虚存中,按每K存放10条指令虚存地址,即320条指令在虚存中的存放方式为:

第0条~9条指令为第0页(对应虚存地址为【0,9】)。

第10条~19条指令为第1页(对应虚存地址为【10,19】)。

……

第310条~319条指令为第31页(对应虚拟地址为【310,319】)。

按以上方式,用户指令可组成32页。

计算每种算法在不同内存容量下的命中率。

 

分页管理是这样的,将内存和作业分成大小相等的页块,作业中的每个页块在不需要被使用时存放在外存中(虚拟存储区),

当需要使用时将其从外存调入内存页块中;根据题意,在外存中的页面顺序存储着指令,需要执行哪一条指令就找到其对应的

页面,若页面已在内存则无需再操作,否则此页面缺页,需要将其调入内存,当内存块未满时,只需要直接将其插入内存块中

若内存块已满,则需要调用先进先出算法淘汰出一个页面(将其调回外存),再将此页面调入。

首先通过 rand 函数和 srand 函数产生320条指令,计算每条指令对应的页面很简单,只需要将指令/10即可;得到页地址流后

(页地址流存放在数组中),从头到尾访问一遍页地址流,每访问一个页面就判断其是否已经在内存中,在无需操作,不在则

将其(使用FIFO)调入内存。

FIFO:在页面缺页并且内存块不足时,只需要将内存块中原先的页面依次淘汰即可。

假设页地址流为:1  2  3  5  4  3  8  11  12  6(内存块大小为 3 )

1  2  3  进入内存

5  2  3  1被调出

5  4  3  2被调出

5  4  3  命中

5  4  8  3被调出(形成一个循环)

11   4  8  5被调出

11  12   8  4被调出

11  12   6  8被调出(形成一个循环)

只要为内存块编号(不是为页面编号),用一个变量(初值为1)作为指针,此变量指向的内存块,就是被FIFO选中需要调出的

内存块,调出后变量+1,当变量大于内存块数时,再将其置为1(循环)。

#include<stdio.h>
#include<time.h>
#include<stdlib.h>
#define max_page 10    //内存页面数

int Page[320]={0};    //虚拟存储区,存储320条指令,32个页面 
int Page_flu[320]={0};    //存储320个页地址流
int count=0;    //计算随机产生的指令条数
double lack_page=0;    //记录缺页数 
int count_page=max_page;     //计算队列空页面个数 
int circle=1;    //在队列中循环指向被调出的进程 

struct Memo{    //用结构体存储内存页面块
    int num;     //给每个页面编号,方便将其从队列中找到并调出 
    int a; 
    struct Memo *next;
};

int Judge_Page(int value){    //输入指令,返回指令对面的页面号 
    return value/10;
}

int scan_queen(struct Memo *hear,int value){    //value代表页面号,扫描队列,缺页返回0,否则返回1
    struct Memo *move;
    move=hear->next;
    while(move!=NULL){
        if(move->a==value){
            return 1;
        }
        move=move->next;
    }
    return 0;
}

void print(struct Memo *hear){    //输出内存页面
    struct Memo *move;
    move=hear->next;
    while(move!=NULL){
        printf("%d ",move->a);
        move=move->next;
    }
    printf("\n");
}

void insert(struct Memo *hear,int value,int ZL){    //将页面value调入内存,ZL为对应指令 
    if(count_page>=1){    //内存页面空间充足
        struct Memo *move;
        move=hear->next;
        while(move->a!=-1){
            move=move->next;
        }
        move->a=value;    //将页面调入 
        count_page--;
        printf("页面 %d 被调入————对应指令为: %d \n",value,ZL);
    }
    else{    //内存空间不足,调出最先进入的页面后,将页面value后调入
        struct Memo *move;
        move=hear->next;
        while(move->num!=circle){    //circle存储的是需要调出的页面编号 
            move=move->next;
        }
        printf("页面 %d 被调出,页面 %d 被调入————指令为: %d \n",move->a,value,ZL);
        move->a=value;    //将页面调入
        circle++;
        if(circle==max_page+1){    //当circle>max_page+1时,最先进入的页面为队列首页面 
            circle=1;
        }
    }
    print(hear);    //调入后输出内存队列 
}

void FIFO(struct Memo *hear){
    int i=0;
    for(i=0;i<=319;i++){    //循环扫描页面 
        if( scan_queen(hear,Page_flu[i])==0){    //判断是否缺页
            lack_page++;
            insert(hear,Page_flu[i],Page[i]);    //缺页将页面调入内存
        }
        else{    //不缺页 
            printf("指令 %d 对应页面 %d 已在内存\n",Page[i],Page_flu[i]);
        }
        //不缺页无需操作 
    }
}

void Pro_Page(){    //形成页地址流函数 
    int m=0;    //在[0,319]的指令地址之间随机选取一起点m
    m=rand()%320;
    
    Page[count]=m;
    count++;
    if(count==320){
        return;
    }
    int m_=0;    //在前地址[0,m+1]中随机选取一条指令并执行
    m_=rand()%(m+1);
    
    Page[count]=m_;
    count++;
    if(count==320){
        return;
    }
    Page[count]=m_+1;
    count++;
    if(count==320){
        return;
    }
    int m__=0;
    m__=(m_+2)+rand()%( 319-(m_+2)+1 );    //在后地址[m_+2,319]的指令地址之间随机选取一条指令并执行
    Page[count]=m__;
    count++;
    if(count==320){
        return;
    }
    
    Pro_Page();
}

void Flu(){    //将指令转换为页地址流
    int i=0;
    for(i=0;i<=319;i++){
        Page_flu[i]=Judge_Page( Page[i] );
    }
}

int main(){
    struct Memo Stu[max_page+1];
    struct Memo *hear;
    hear=&Stu[0];
    //*************************************
    int i=0;
    for(i=0;i<=max_page;i++){    //形成内存页面队列
        if(i==max_page){
            Stu[i].a=-1;
            Stu[i].next=NULL;
            Stu[i].num=i;
            break;
        }
        Stu[i].next=&Stu[i+1];
        Stu[i].a=-1;
        Stu[i].num=i;
    }
    //*************************************
    srand(time(0));    //放在Pro_Page函数外面
    Pro_Page();    //形成页地址流
    Flu();    //形成页地址流 
    /*
    printf("页地址流:\n");
    for(i=0;i<=319;i++){    //输出页地址流
        printf("%d ",Page[i]);
        if(i%3==0 && i!=0){
            printf("\n");
        }
    }
    printf("\n");
    */
    //*************************************
    
    FIFO(hear);
    printf("缺页次数为: %0.0lf\n",lack_page);
    printf("命中率为:%lf\n",1-lack_page/320);
    
    return 0;
}

先进先出算法(FIFO)——页面置换(运行结果部分截图)

11:33:47

2018-05-19