通达学院课程设计I报告（2018/2019学年第2学期）题目：页面置换算法专业计算机科学与技术学生姓名班级学号指导教师指导单位计算机学院日期2019.5.13-5.23指导教师成绩评定表页面置换算法一、课题内容和要求通过实现页面置换的四种算法，理解虚拟存储器的概念、实现方法，页面分配的总体原则、进程运行时系统是怎样选择换出页面的，并分析四种不同的算法各自的优缺点是哪些。

以下算法都要实现：1) 最佳置换算法(OPT)：将以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面换出。

2) 先进先出算法(FIFO)：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。

3) 最近最久未使用算法(LRU)：淘汰最近最久未被使用的页面。

4) 最不经常使用算法(LFU)设计要求:1、编写算法，实现页面置换算法；2、针对内存地址引用串，运行页面置换算法进行页面置换；3、算法所需的各种参数由输入产生（手工输入或者随机数产生）；4、输出内存驻留的页面集合，缺页次数以及缺页率；二、需求分析通过这次实验,加深对虚拟内存页面置换概念的理解,进一步掌握先进先出FIFO、最佳置换OPI和最近最久未使用LRU页面置换算法及最不经常使用算法LFU的实现方法。

通过已知最小物理块数、页面个数、页面访问序列、及采用置换方式可以得出页面置换的缺页次数和缺页率,及每次缺页时物理块中存储!(1) 输入的形式页面序列物理块数、页面数、页面序列(2) 输出的形式驻留页面集合、缺页数、缺页率注：如果命中用 * 表示，为空用 -1 表示（3）程序所能达到的功能模拟先进先出FIFO、最佳置换OPI、最近最久未使用LRU页面置换算法和最不经常使用算法LFU的工作过程。

假设内存中分配给每个进程的最小物理块数为m,在进程运行过程中要访问的页面个数为n,页面访问序列为P1, …,Pn,分别利用不同的页面置换算法调度进程的页面访问序列,给出页面访问序列的置换过程,计算每种算法缺页次数和缺页率。

测试数据,包括正确的输入及其输出结果和含有错误的输入及其输出结果。

三、概要设计说明本程序中用到的所有抽象数据类型的定义、主程序的流程以及各程序模块之间的层次(调用)关系。

int mSIZE; /*物理块数*/int pSIZE; /*页面号引用串个数*/static int memery[10]={0}; /*物理块中的页号*/static int page[100]={0}; /*页面号引用串*/static int temp[100][10]={0}; /*辅助数组*//*置换算法函数*/void FIFO();void LRU();void OPT();void LFU();/*输出格式控制函数*/void print(unsigned int t);流程图如下：图1FIFO算法是最简单的页面置换算法。

FIFO页面置换算法为每个页面记录了调到内存的时间，当必须置换页面时会选择最旧的页面。

注意，并不需要记录调入页面的确切时间，可以定义一个数，来管理所有的内存页面。

置换是队列的首个页面。

然后加1，当这个数达到物理块数的值了，清零从头开始。

LRU使用最近的过去作为不远将来的近似，那么可以置换最长时间没有使用的页。

这种方法称为最近最少使用算法。

LRU 置换将每个页面与它的上次使用的时间关联起来。

当需要置换页面时，LRU选择最长时间没有使用的页面。

这种策略可当作在时间上向后看而不是向前看的最优页面置换OPT是用一维数组page[]存储页面号序列，memery[]是存储装入物理块中的页面。

数组next[]记录物理块中对应页面的最后访问时间。

每当发生缺页时，就从物理块中找出最后访问时间最大的页面，调出该页，换入所缺的页面。

若物理块中的页面都不再使用，则每次都置换物理块中第一个位置的页面。

LFU是用一个一维数组time[]记录每个物理块被访问的次数，当物理块满且发生置换的时候，将最小的time数组上位置的数置换出来，如果一样就置换第一个数。

四、详细设计1、输出格式控制函数：void print(unsigned int t){int i,j,k,l;int flag;for(k=0;k<=(pSIZE-1)/30;k++) //k为行数{for(i=30*k;(i<pSIZE)&&(i<30*(k+1));i++) //开头字符串输出{if(((i+1)%30==0)||(((i+1)%30)&&(i==pSIZE-1)))printf("%d\n",page[i]);elseprintf("%d ",page[i]);}for(j=0;j<mSIZE;j++) //历次置换情况输出{for(i=0;i<2;i++){if(i>=j) //物理块未占满的情况printf(" |%d|",temp[i][j]);elseprintf(" | |");}for(i=2+30*k;(i<pSIZE)&&(i<30*(k+1));i++){for(flag=0,l=0;l<mSIZE;l++)if(temp[i][l]==temp[i-1][l])flag++;if(flag==mSIZE) /*页面在物理块中*/printf(" |*|");elseprintf(" |%d|",temp[i][j]);}if(i%30==0)continue;printf("\n");}}printf("----------------------------------------\n");printf("缺页次数：%d\t\t",t);printf("缺页率：%.2f%%\n",(float)t/pSIZE*100);printf("----------------------------------------\n");}2、FIFO算法：void FIFO(){int memery[10]={-1，-1，-1，-1，-1};int i,j,k,m;int max=0; /*记录换出页*/int count=0; /*记录置换次数*/for(i=0;i<pSIZE;i++){/*判断新页面号是否在物理块中*/for(j=0,k=0;j<mSIZE;j++){if(memery[j]!=page[i])k++;}if(k==mSIZE) /*如果不在物理块中*/{count++;/*计算换出页*/memery[max]=page[i];max++;if(max==mSIZE){max=0;}}for(j=0;j<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];}printf("FIFO算法:");print(count);}3、LRU算法：void LRU(){int memery[10]={-1，-1，-1，-1，-1};int flag[10]={0}; /*记录页面的访问时间*/int i,j,k,m,c=0;int max=0; /*记录换出页*/int count=0; /*记录置换次数*/for(i=0;i<pSIZE;i++){/*判断新页面号是否在物理块中*/for(j=0,k=0;j<mSIZE;j++){if(memery[j]!=page[i])k++;elseflag[j]=i; /*刷新该页的访问时间*/}if(k==mSIZE) /*如果不在物理块中*/{count++;/*计算换出页*/if(memery[mSIZE-1]==0){memery[c]=page[i];flag[c]=i;c++;}else{max=flag[0]<flag[1]?0:1;for(m=2;m<mSIZE;m++){if(flag[m]<flag[max])max=m;memery[max]=page[i];flag[max]=i; /*记录该页的访问时间*/}}}for(j=0;j<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];}printf("LRU算法:");print(count);}4、OPT算法：void OPT(){int memery[10]={-1，-1，-1，-1，-1};int next[10]={0}; /*记录下一次访问时间*/int i,j,k,l,m,c=0;int max; /*记录换出页*/int count=0; /*记录置换次数*/for(i=0;i<pSIZE;i++){/*判断新页面号是否在物理块中*/for(j=0,k=0;j<mSIZE;j++){if(memery[j]!=page[i])k++;}if(k==mSIZE) /*如果不在物理块中*/{count++;if(memery[mSIZE-1]==0){memery[c]=page[i];c++;}else{/*得到物理快中各页下一次访问时间,l最大的被替换*/for(m=0;m<mSIZE;m++){for(l=i+1;l<pSIZE;l++)if(memery[m]==page[l])break;next[m]=l;}/*计算换出页*/max=next[0]>=next[1]?0:1;for(m=2;m<mSIZE;m++)if(next[m]>next[max])max=m;memery[max]=page[i];}}for(j=0;j<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];}printf("OPT算法:");print(count);}5、LFU算法：void LFU(){int memery[10]={-1，-1，-1，-1，-1};int time[10]={0}; /*记录访问次数*/int i,j,k,l,m,c=0;int max; /*记录换出页*/int count=0; /*记录置换次数*/for(i=0;i<pSIZE;i++){/*判断新页面号是否在物理块中*/for(j=0,k=0;j<mSIZE;j++){if(memery[j]!=page[i])k++;elsetime[j]++;}if(k==mSIZE) /*如果不在物理块中*/{count++;if(memery[mSIZE-1]==0){memery[c]=page[i];time[c]++;c++;}else{/*计算换出页,次数少的被置换*/max=time[0]<=time[1]?0:1;for(m=2;m<mSIZE;m++)if(time[m]<time[max])max=m;memery[max]=page[i];}}for(j=0;j<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];}printf("LFU算法:");print(count);}五、测试数据及其结果分析测试数据：(1)页面个数:10 最小物理块数:3页面序列:1 2 1 2 6 8 2 4 1 3(2)页面个数:20 最小物理块数:3页面序列:7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1 数据一截图：图2图3 数据二截图：图4图5六、调试过程中的问题（1）算法缺陷问题1、原来代码规定了前mSIZE个数据是直接放入数组的，但是通过多组数据的测试发现当前mSIZE个数据中有重复的数据时，算法并不能判定命中，而是判定缺页，这显然是错误的。