操作系统课程设计报告院（系）：信息与数学学院专业：信息与计算科学姓名:张三班级：＿信计11402学号:12 29 14题目：页面置换算法指导教师:孙庆生2017年5月27日一、课程设计目的《Linux操作系统课程设计》是在学完《操作系统》课程之后的实践教学环节，是复习和检验所学课程的重要手段。
通过实验环节，加深学生对操作系统基本原理和工作过程的理解，提高学生独立分析问题、解决问题的能力，增强学生的动手能力。
二、课程设计的任务和要求由于具体的操作系统相当复杂，不可能对所有管理系统进行详细地分析。
因此，选择了操作系统中最重要的管理之一存储器管理，作为本设计的任务。
页面置换算法是虚拟存储管理实现的关键，要求在充分理解内存页面调度机制的基础上，模拟实现OPT、FIFO、LRU几种经典页面置换算法，比较各种置换算法的效率及优缺点，从而了解虚拟存储实现的过程。
具体任务如下：1) 分析设计内容，给出解决方案①要说明设计实现的原理；②采用的数据结构：定义为进程分配的物理块；定义进程运行所需访问的页面号；定义页的结构；2）模拟三种页面置换算法；3）比较各种算法的优劣。
4）对程序的每一部分要有详细的设计分析说明。
5）源代码格式要规范。
6）设计合适的测试用例，对得到的运行结果要有分析。
任务要求：Linux平台下实现（Windows+ VMware+ Ubuntu）三、课程的详细设计1）系统设计在进程运行过程中，若其所要访问的页面不在内存而需把它们调入内存，但内存已无空闲空间时，为了保证该进程能正常运行，系统必须从内存中调出一页程序或数据，送磁盘的对换区中。
但应将哪个页面调出，须根据一定的算法来确定。
通常，把选择换出页面的算法称为页面置换算法。
一个好的页面置换算法，应具有较低的页面更换频率。
从理论上讲，应将那些以后不再会访问的页面换出，或将那些在较长时间内不会再访问的页面调出。
2）主程序流程图主流程图3）先进先出(FIFO)页面置换算法算法的基本思想：该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。
该算法实现简单只需把一个进程已调入内存的页面，按先后次序存入一个时间数组，并将其中时间值最大的页面进行淘汰，并替换入新的页面就可以实现。
算法流程图：FIFO置换算法4）最佳页面置换置换算法（OPT）算法的基本思想：其所选择的被淘汰页面，将是永不使用的，或者是在最长时间内不再被访问的页面。
可保证获得最低的缺页率。
但由于人们目前还无法预知一个进程在内存的若干个页面中，哪一个页面是未来最长时间内不再被访问的，因而该算法也是无法实现的。
但是可利用该算法去评价其它算法。
算法流程图：OPT页面置换算法5）最近最久未使用页面置换算法LRU算法的基本思想：当需要淘汰某一页时，选择离当前时间最近的一段时间内最久没有使用过的页先淘汰。
该算法的主要出发点是，如果某页被访问了，则它可能马上还被访问。
或者反过来说，如果某页很长时间未被访问，则它在最近一段时间不会被访问。
算法流程图：LRU页面置换算法四、源程序代码#include"stdio.h"#include"malloc.h"#define N 20#define num 3/*进程分配物理块数目*/int A[N]={7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1};typedef struct page /*页表映像*/{int address; /*页面地址*/struct page *next;} page;struct page *head,*run,*rear;void initial() /*进程分配物理块*/{int i=1;page *p,*q;head=(page *)malloc(sizeof(page));p=head;for(i=1; i<=num; i++){q=(page *)malloc(sizeof(page));p->next=q;q->address=-1;q->next=NULL;p=q;}rear=p;}void print(){page *p=head->next;while(p){if(p->address!=-1) /*避免输出-1*/printf("%d\t",p->address);p=p->next;}printf("\n");}int search(int n) /*判断链表中是否有n*/ {page *p;int i=0;p=head;while(p->next){if(p->next->address==n){printf("Get it at the page %d\n",i+1);run=p;return 1;}p=p->next;i++;}return 0;}void changeOPT(int n,int position){int i;int total=0;int flag=1; /*默认链表填满*/int distance[num]; /*用于存放距离*/int MAX;int order=0;page *p,*q;p=head->next;q=head->next;for(i=0; i<num; i++) /*初始化距离*/{distance[i]=100;}i=0;while(p) /*判断链表中是否填满*/{if(p->address==-1){flag=0;break;}p=p->next;i++;}if(!flag) /*链表没有填满的情况*/{p->address=n;printf("Change the page %d\n",i+1); }else /*链表已经填满的情况*/{while(q) /*计算距离*/{for(i=position+1; i<N; i++){if(q->address==A[i]){distance[total]=i-position;break;}}total++;q=q->next;}MAX=distance[0];for(i=0; i<num; i++) /*计算最大距离*/{if(distance[i]>MAX){MAX=distance[i];order=i; /*记录待替换的页面的位置*/ }}printf("Change the page %d\n",order+1); i=0;p=head->next;while(p) /*页面替换*/{if(i==order){p->address=n;}i++;p=p->next;}}}void changeFIFO(int n,int position) {int i=0;int flag=1; //默认队列已满page *p,*delect;p=head->next;while(p){if(p->address==-1) //队列未满{flag=0;p->address=n;printf("Change the page %d\n",i+1);break;}p=p->next;i++;}if(flag) //队列已满{delect=head->next;delect->address=n;head->next=delect->next;printf("Delect from the head, and add new to the end.\n");rear->next=delect;rear=delect;rear->next=NULL;}}void changeLRU(int n,int position){int i;int total=0;int flag=1; /*默认为已满*/int distance[num];int MAX;int order=0;page *p,*q;p=head->next;q=head->next;for(i=0; i<num; i++){distance[i]=100;}i=0;while(p) /*判断链表是否已满*/ {if(p->address==-1){flag=0;break;}p=p->next;i++;}if(!flag) /*链表没有满的情况*/ {p->address=n;printf("Change the page %d\n",i+1);}else /*链表已满的情况*/{while(q){for(i=position-1; i>=0; i--) /*向前计算距离*/{if(q->address==A[i]){distance[total]=position-i;break;}}total++;q=q->next;}MAX=distance[0];for(i=0; i<num; i++) /*计算最远距离*/{if(distance[i]>MAX){MAX=distance[i];order=i;}}printf("Change the page %d\n",order+1);i=0;p=head->next;while(p) /*页面替换*/{if(i==order){p->address=n;}i++;p=p->next;}}}float OPT(){int i;int lose=0;float losef;float percent;for(i=0; i<N; i++){if(search(A[i])==0){lose++;changeOPT(A[i],i);}print();}losef=(float)lose;percent=1-(losef/N);return percent;}float LRU(){int i;int lose=0;float losef;float percent;for(i=0; i<N; i++){if(search(A[i])==0){lose++;changeLRU(A[i],i);}print();}losef=(float)lose;percent=1-(losef/N);return percent;}float FIFO(){int i;int lose=0;float losef;float percent;page *p;for(i=0; i<N; i++){if(search(A[i])==0){lose++;changeFIFO(A[i],i);}else{p=run->next;run->next=p->next;rear->next=p;rear=p;rear->next=NULL;printf("Move it to end of queue.\n");}print();}losef=(float)lose;percent=1-(losef/N);return percent;}void main()/*主函数部分*/{float percent;int choice;printf("Select the arithmetic:\n(1)OPT\n(2)LRU\n(3)FIFO\n your choice is:");scanf("%d",&choice);/*选择页面置换算法*/initial();/*创建进程*/if(choice==1)/*采用OPT算法置换*/{percent=OPT();/*计算OPT时的缺页率*/printf("The percent of OPT is %f\n",percent);}else if(choice==2)/*采用LRU算法置换*/{percent=LRU();/*计算LRU时的缺页率*/printf("The percent of LRU is %f\n",percent);}else if(choice==3)/*采用FIFO算法置换*/{percent=FIFO();/*计算FIFO时的缺页率*/printf("The percent of FIFO is %f\n",percent);}else{printf("Your choice is invalid.");}}五、调试结果显示(1)OPT置换算法(2)LRU置换算法LRUFIFO置换算法。