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实验三 模拟操作系统的页面置
换

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院 系:计 算 机 学 院
实验课程: 操作系统
实验项目:模拟操作系统的页面置换
指导老师: 陈红英老师
开课时间:2011 ~ 2012 年度第 2 学期
专 业:网络工程
班 级:10 级
学 生:yuth
学 号:*
华南师范大学教务处
一、综合设计实验题目
模拟操作系统的页面置换
1、 采用一种熟悉的语言,如 C、PASCAL 或 C++ 等,编制程序,最好关键代
码采用 C/C++ ,界面设计可采用其它自己喜欢的语言。
2、 模拟操作系统采用 OPT、FIFO 和 LRU 算法进行页面置换的过程。
3、 设程序中地址范围为 0 到 32767 ,采用随机数生成 256 个指令地址,满足
50%的地址是顺序执行,25%向前跳,25% 向后跳。
为满足上述条件,可采取下列方法:
设 d
0
=10000,第 n 个指令地址为 d
n
,第 n+1 个指令地址为 d
n+1
,n 的取值范围为 0
到 255。每次生成一个 1 到 1024 范围内的随机数 a,如果 a 落在 1 到 512 范围
内,则 d
n+1
=d
n
+1。如果 a 落在 513 到 768 范围内,则设置 d
n+1
为 1 到 d
n
范围
内一个随机数。如果 a 落在 769 到 1024 范围内,则设置 d
n+1
为 d
n
到 32767 范围

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内一个随机数。
例如:srand(); 初始化一个随机函数.
a[0] =10*rand()/32767*255+1;
a[1]=10*rand()/32767*a[0]…语句可用来产生 a[0]与 a[1]中的随机数。
或采用以下方式:
(1)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:
A:50%的指令是顺序执行的
B:25%的指令是均匀分布在前地址部分
C:25%的指令是均匀分布在后地址部分
具体的实施方法是:
A:在[0,319]的指令地址之间随机选取一起点 m
B:顺序执行一条指令,即执行地址为 m+1 的指令
C: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’
D:顺序执行一条指令,其地址为 m'+1
E:在后地址[m'+2,3 19]中随机选取一条指令并执行
F:重复步骤 A—E,直到 320 次指令
(2)将指令序列变换为页地址流
设:页面大小为 1K;
用户内存容量 4 页到 32 页;
用户虚存容量为 32K。
在用户虚存中,按每 K 存放 10 条指令排列虚存地址,即 320 条指令在虚存中的
存放方式为:
第 0 条—第 9 条指令为第 0 页(对应虚存地址为[0,9])
第 10 条—第 19 条指令为第 1 页(对应虚存地址为[10,19])
……
第 310 条-第 319 条指令为第 31 页(对应虚存地址为[310,319])
按以上方式,用户指令可组成 32 页。
4、 页面大小的取值范围为 1K,2K,4K,8K,16K 。按照页面大小将指令地址
转化为页号。对于相邻相同的页号,合并为一个。
5、 分配给程序的内存块数取值范围为 1 块,2 块,直到程序的页面数。
6、 分别采用 OPT、FIFO 和 LRU 算法对页号序列进行调度,计算出对应的缺
页中断率。
7、 打印出页面大小、分配给程序的内存块数、算法名、对应的缺页中断率。
8、 分析页面大小和分配给程序的内存块数对缺页中断率的影响。分析不同
的页面置换算法的调度性能。
二、中文摘要
这次实验是模拟操作系统的页面置换,分别用先进先出算 FIFO、最近最久未
使用算法 LRU 和最佳淘汰算法 OPT 等三种置换算法来管理管理内存块,并打印
出页面大小、分配给程序的内存块数、算法名、对应的缺页中断率。最后对不同
算法的调度性能.

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三、关键词
页面置换 FIFO LRU OPT
四、前言
本实验的目的及要求
1、掌握操作系统的页面置换过程,加深理解页式虚拟存储器的实现原理。
2、掌握用随机数生成满足一定条件的指令地址流的方法。
3、掌握页面置换的模拟方法。
五、实验设计
(一)、需求分析
1、用一种熟悉的语言,如 C、PASCAL 或 C++等,编制程序。
2、分别采用 OPT、FIFO 和 LRU 算法对页号序列进行调度。
(二)、设计流程
1、根据实验目标,明确实验的具体任务;
2、编写程序实现页面置换;
3、运行程序,调试;
4、记录并分析实验结果.
(二)、关键技术
根据实验要求,使得 50%的指令地址是顺序执行,25%向前跳,25% 向后
跳。可采取下列方法:设 d
0
=10000,第 n 个指令地址为 d
n
,第 n+1 个指令地址
为 d
n+1
,n 的取值范围为 0 到 255。每次生成一个 1 到 1024 范围内的随机数
a,如果 a 落在 1 到 512 范围内,则 d
n+1
=d
n
+1.如果 a 落在 513 到 768 范围内,
则设置 d
n+1
为 1 到 d
n
范围内一个随机数。如果 a 落在 769 到 1024 范围内,则设
置 d
n+1
为 d
n
到 32767 范围内一个随机数。开一个数组 address[]来记录指令地
址,另一个数组 pagenum[]记录指令地址转换后所在的页,这样就得到原始程序
的页面访问序列.然后将相邻相同的页号合并。
(三)详细设计
1、设计算法流程图
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