操作系统课程设计 存储管理

#include<stdio.h> #include<string.h> #include<iostream.h> const int MAXSIZE=1000;//定义最大页面数 const int MAXQUEUE=3;//定义页框数 typedef struct node { int loaded; int hit; }page; page pages[MAXQUEUE]; //定义页框表 int queue[MAXSIZE]; int quantity; //初始化结构函数 void initial() { int i; for(i=0;i<MAXQUEUE;i++) { pages[i].loaded=-1; pages[i].hit=0; } for(i=0;i<MAXSIZE;i++) { queue[i]=-1; } quantity=0; } //初始化页框函数 void init() { int i; for(i=0;i<MAXQUEUE;i++) { pages[i].loaded=-1; pages[i].hit=0; } } //读入页面流 void readData() { FILE *fp; char fname[20]; int i; cout<<"请输入页面流文件名:"; cin>>fname; if((fp=fopen(fname,"r"))==NULL) { cout<<"错误,文件打不开,请检查文件名"; } else { while(!feof(fp)) { fscanf(fp,"%d ",&queue[quantity]); quantity++; } } cout<<"读入的页面流:"; for(i=0;i<quantity;i++) { cout<<queue[i]<<" "; } } //FIFO调度算法 void FIFO() { int i,j,p,flag; int absence=0; p=0; cout<<endl<<"----------------------------------------------------"<<endl; cout<<"先进先出调度算法(FIFO)页面调出流:"; for(i=0;i<quantity;i++) { flag=0; for(j=0;j<MAXQUEUE;j++) { if(pages[j].loaded==queue[i]) { flag=1; } } if(flag==0) { if(absence>=MAXQUEUE) { cout<<pages[p].loaded<<" "; } pages[p].loaded=queue[i]; p=(p+1)%MAXQUEUE; absence++; } } absence-=MAXQUEUE; cout<<endl<<"总缺页数:"<<absence<<endl; } //最近最少使用调度算法（LRU） void LRU() { int absence=0; int i,j; int flag; for(i=0;i<MAXQUEUE;i++) { pages[i].loaded=queue[i]; } cout<<endl<<"----------------------------------------------------"<<endl; cout<<"最近最少使用调度算法(LRU)页面流:"; for(i=MAXQUEUE;i<quantity;i++) { flag=-1; for(j=0;j<MAXQUEUE;j++) { if(queue[i]==pages[j].loaded) { flag=j; } } //CAUTION pages[0]是队列头 if(flag==-1) { //缺页处理 cout<<pages[0].loaded<<" "; for(j=0;j<MAXQUEUE-1;j++) { pages[j]=pages[j+1]; } pages[MAXQUEUE-1].loaded=queue[i]; absence++; } else { //页面已载入 pages[quantity]=pages[flag]; for(j=flag;j<MAXQUEUE-1;j++) { pages[j]=pages[j+1]; } pages[MAXQUEUE-1]=pages[quantity]; } } cout<<endl<<"总缺页数:"<<absence<<endl; } //显示 void version() { cout<<" /*******************虚拟存储管理器的页面调度****************/"<<endl; cout<<endl; } void main() { version(); initial(); readData(); FIFO(); init(); LRU(); init(); init(); } 操作系统中的存储管理是确保有效地管理和分配内存资源的关键组成部分。在这个课程设计中，主要关注的是页面调度算法，这是请求页式存储管理系统的一个核心方面。请求页式管理允许将部分程序加载到内存中，当需要时从磁盘调入，从而实现虚拟存储。 1. 页面调度算法： - **FIFO（先进先出）**：此算法是最简单的页面替换策略，当新的页面需要被调入内存时，会选择最早进入内存的页面进行替换。在实验中，FIFO算法通过遍历页框表，找到最早加载的页面并将其替换。 - **LRU（最近最少使用）**：LRU算法基于最近使用频率，将最长时间未被访问的页面替换出去。在代码中，当找到目标页面不在页框表中时，会找到最近最少使用的页面进行替换。 2. 页面流和命中率： 页面流是指程序执行过程中产生的页面访问序列。实验中通过`readData()`函数读取页面流文件，并通过不同的页面调度算法计算命中率，即实际在内存中的页面被访问的比例。命中率越高，表示算法性能越好，因为缺页次数更少。 3. 用户内存容量的影响： 实验考虑了用户内存容量（页框数）对命中率的影响。内存容量越大，可以同时容纳的页面越多，因此可能提高命中率。实验中设置内存容量从4页到32页，观察不同容量下各种算法的性能。 4. 页面大小和用户虚存： 假定页面大小为1KB，用户虚存容量为32KB，这意味着有32个页面可供分配。根据指令序列的生成规则，每个页面包含10条指令，总共320条指令可以分配到32页中。 5. 实验内容： - `produce_addstream` 用于生成随机指令序列，模拟实际的程序执行情况。 - 计算不同算法（FIFO，LRU，OPT，LFR）在不同内存容量下的命中率，其中OPT和LFR是额外的可选内容。 6. 系统框图和程序代码： 给定的代码片段包括了基本的数据结构和函数，如`initial()`用于初始化页框表和队列，`readData()`用于读取页面流，`FIFO()`和`LRU()`分别实现了FIFO和LRU算法。程序结构清晰，易于理解，便于进行存储管理的模拟实验。 这个课程设计旨在让学生通过实践理解虚拟存储技术，特别是页面调度算法的运作机制，以及它们如何影响系统的性能。通过对不同算法的比较，学生能够深入理解这些算法的优缺点，以及内存容量对系统性能的影响。