存储器管理课程设计.docx

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1、存储器管理课程设计CA1-FENGHAI-(2023YEAR-YICA1)_JINGB1AN课程设计报告课程：操作系统学号：F姓名：班级：计算机科学与技术08本科师范教师：一殷荣庆时间：2010年12月28日计算机科学与技术系日期：2010年12月28日设计名称：存储器管理设计内容：存储器是计算机系统的重要组成部分。近年来，存储器的容量虽然一直在不断扩大，但仍然不能满足现代软件发展的需要，因此，存储器仍然是一种宝贵而紧俏的资源。如何对它加以有效的管理，不仅直接影响到存储器的利用率，而且还对系统性能有很大影响。页面置换算法是虚拟存储管理实现的关键，通过本次课程设计，我们能够理解页面是换算法的机制

2、，在模拟实现FIFO,1RU,NRU和OPT几种经典页面置换算法的基础上，比较各种置换算法的效率以及优点，从而了解虚拟存储实现的过程。对比下列几种算法的命中率：(1)先进先出算法(FirstinFirstOut,FIFO)。(2)最近最少使用的算法(1eastRecentIyUsedz1RU)o(3)最近未使用算法(NeverUsedRecent1y,NUR)0(4)最佳置换算法(Optima1Rep1acement,OPT)。设计目的与要求：1设计目的：本次课程设计主要为了了解内存的各种管理方式，要求掌握分区式、页式、段式、段页式存储管理方式，以及虚拟存储器的基本概念和请求调页、请求调段存储

3、管理方式。明白一些基本概念和计算机的相关工作方式，如：处理机调度的基本概念、调度算法、实时调度、多处理机系统中的调度、死锁的基本概念、处理死锁的基本方法。通过动态优先权算法的模拟加深对进程概念和进程调度过程的理解。重点研究一下四点内容：(1)理解内存页面调度的机理。(2)掌握几种理论页面置换算法的实现方法。(3)了解HASH表数据结构的使用。(4)通过具体的上级操作与数据对比，比较各种各种调度算法的优劣。2、设计要求：自己编写代码，用各种不同的调度算法(先进先出算法、最近最少使用的算法、最近未使用算法、最佳置换算法)让计算机调度，计算出各种算法得出的命中率，根据计算机给出的命中率统计数据，比较

4、各种调度算法的优劣。课程设计报告中要给出计算机统计出来的各种算法命中率的数据，然后说明对数据的具体分析步骤，最后总结出各种调度算法的优劣。设计环境或器材、原理与说明：一、设计环境：WindOWSXP操作系统、虚拟机、红帽1inUX操作系统。二、设计器材：微型计算机三、设计原理：下面分别叙述各种页面调度机制的原理：1：FIFO页面置换算法：原理简述：（1）在分配内存页面数（AP）小于进程页面数（PP）时，当然是最先运行的AP个页面放入内存。（2）这时有需要处理的新页面，则将原来在内存中的AP个页面中最先进入的调出。（所以成为FIFO）,然后将新页面放入。（3）以后如果再有新页面需要调入，则都按（

5、2）的规则进行。算法特点：所使用的内存页面构成一个队列。图标描述：假设某个进程在硬盘上被划为5个页面（PP=5）,以1,2,3,4,5分别表示，处理机调度他们的顺序（这取决于进程的本身）为：1,42533,2,4,2,5.如果内存可以控制的页面数位3（AP=3）,那么在使用FIFO算法时，这三个页面的内存使用情况如图所示：队列第II425位队列第2142位队列第314位虽然有页面需要处理，但是页面本身已在内存中，不需要再调入了页面5进入,页面3进入，而此时三个页面中最先进入不难看出本例子共患处页面8次，若用变/面d4is被effe出Ct表示页面换入的次数，则diseffect=8.算法实现提示

6、：要得到命中率，必须应该有一个常熟tota1jnstructrion来记录页面总共使用的次数；此处需要一个变量记录总共换入页面的次数（需要换出页面，总是因为缺页中断而产生）diseffect.o（1）初始化。设置两个数组pageap和PageContrO1pp分别表示进程页面数和内存分配的页面数，并产生一个随机数序列maintota1jnstruction（当然这个序列由page的下标随机构成），表示待处理的进程页面序列，diseffect置零。（2）看main中是否有下一个元素，有就由main。中获取该页面下标，并转到（3）；没有就转到（7）o（3）如果该Page页已经在内存中，就转到（2）

7、；否则就转到（4）,同时未命中的diseffect加1.（4）观察PageCOr1trO1是否占满，如果占满需将使用队列（6）中建立的）中最先进入的（就是队列的第一个单元）pagecontro1单元清干净，同时将对应的Page口单元置为不在内存中。（5）将该page。与PageContrOI0建立关系（可以改变PageContrO1.的标示位，也可以采用指针连接，总之至少要使对应的PageCOntrO1单元包含连个信息；一是他被使用了，二是哪个page。单元使用的；page。页包含两个信息；对应的PageCOntrO1单元号、本Page单元已经在内存中。）（6）将用到的Pagecomro1置入

8、使用队列（这里的队列当然是一种先进先出的数据结构了，而不是泛指），返回（2）o（7）显不结果O2、1RY页面置换算法：原理简述：（1）当分配内存页面数（AP）小于进程页面数（PP）时候，当然把最先执行的AP个页面放入内存。（2）当需要调页面进入内存，而当前分配的内存页面全部不空闲时，选择将其中最长时间没有用到的那个页面调出，以空出内存来放置新调入的页面（称为1RU）算法特点：每个页面都有属性来表示有多长时间未被CPU使用的信息。图标描述：为了便于比较，我采用的例子和前面的一样。某进程在硬盘上被化为5个页面，用1,234,5表示，处理机处理他们的顺序为:“1,2,4,25332,4,2,5.而内

9、存可以控制的页面数为3（AP=3）,那么在使用1RU算法时候，这三个页面的内存使用情况如图所示：最近1步使142533242s最近2步使最近3步使用虽然页面的位置发生改变，但是没有发生不难看出页面换入次数为7次，diseffect=7o算法实现提示：与前述算法一样，只有先得到diseffect才能获得最终的命中率。（1）初始化。主要是进出页面Page口和分配的内存页面PageCOntrO1口，同时产生随机序列main,diseffect置零。（2）看序列main口是否有下一个元素，如果有就从main。获取该Page口的下标，并转到（3）；没有就转到（6）。（3）如果该page。单元在内存中便改

10、变页面属性，使他保留最近使用的信息，转到（2）；否则转到（4）,同时diseffect力口（I）。（4）判断是否有空闲内存页面，如果有就返回页面指针，转到（5）；否则在内存页面中找出最长时间没有使用的页面，将其清干净，并返回该页面指针。（5）如果需要处理的Page口与（4）中得到的PageCOntro1口之间建立连接，同时应该让对应page。单元保存最近使用的信息，返回（2）。（6）如果序列处理完成，就输出结果。3、NUR页面置换算法：原理简述：所谓“最近未使用”首先是要对“近”作一个界定，比如C1EAR_PERIOD=50,便是指在CPU最近的50次进程页面处理工作中，都没有处理到的页面；那

11、么可能会有以下几种情况。（1）如果这样的页面只有一个，就将其换出，放入需要处理的新页面。（2）如果有不止一个这样的页面，就在这些页面中任取一个换出（可以是下标最小的，或者是下标最大的），放入需要处理的页面。（3）如果没有这样的一个页面，就随意换出一个页面（可以是下标最小的，也可以是下标最大的）。算法特点：有一个循环周期，每到达这个周期，所有的页面存放是否被CPU处理的信息的属性均被至于初始态（没有被访问）。图标描述：还是用前面的例子，某进程在硬盘上被划为5个页面，用1,234,5表示，而处理机处理他们的顺序为：1,4,2,5,3,3,2,4,2,5.而内存可以控制的页面数为3（AP=3）,C1

12、EAR.PERIOD取5；循环周期内如果所有内存页面均被CPU处理或者多个页面未被CPU处理，取页码最小的页面换出。算法实现过程如下:显示页面交换共6次，diseffect=6算法实现提示：（1）初始化。设置连个数组pageap和PageCOntro1pp分别表示进程页面和内存分配的页面，并产生一个随机数序列maintota1Jnstruction（当然这个序列由page。的下标随机构成），表示待处理进程页面序列，diseffect置零，设定循环周期C1EZAR_PERIOD。（2）看main。是否有下一个元素，如果有，就从main。中获得一个CPU将处理页面的序号；如果没有就转到（8）。（3

13、）如果待处理页面在内存中，就转到（2）；否则diseffect加（1）,并转到（4）。（4）看是否有空闲页面存在，如果有，返回空闲页面内存指针，并转到（5）；否则，在所有没有被访问且位于内存中的页面中按任意规则（或则取最近的一个页面；或者取下标最小的一个）取出一个，返回清空后的内存页面指针。（5）在待处理进程页面与内存页面之间建立一个联系，并标注该页被访问。（6）如果CPU业已处理了C1EAR_PERIOD个页面，就将所有页面设置为未访问。（7）返回（2）。（8）如果CPU所有处理工作完成，就返回结果。4、OPT页面置换算法：原理简述：讨论该算法的前提还是在分配给进程的内存页面不满足其所有逻辑

14、页面的情况下进行。所谓的最佳置换算法是一种理想状态下的算法，它要求先遍历所有的CPU待处理的进程页面序列（实际上由于待处理的页面有时取决于先前处理的页面，所以在很多情况下不可能得到完整的待处理页面序列。在这个层面上才能说该算法是理想的），在这些页面中，如果有些已经在内存当中，而CPU不再处理的，就将其换出；而有些页面在内存中，并且CPU即将处理,就从当前位置算起，取最后才处理到的页面，将其换出，例如CPU待处理的页面序列为：13224525143411553421已经处理了5个页面(底纹为灰色)，那么页面5是第一个待处理的页面；2是第二个；1是第四个；4是第五个；3是第六个。这时如要将页面5调

15、入内存，而在已经调入内存的132,4号页面中，页面3才上最后被处理的页面，因此将选择页面3换出。图表描述：还是用前面的例子，某进程在硬盘上被划分为5个页面，用1,234,5表示，而处理机处理他们的J1页序为：1,4,25332,4,2,5.而内存可以控制的页面数为3(AP=3),如果所示：算法实现提示:为了简易地实现OPT算法，可以为每个进程页面设置一个间隔属性CDiStance表示CPU将在第几部处理该页面，如果页面不再被CPU处理，可以被设置为某个很大的值（例如32767）,这样每次换出的就是pageapfiPageCOntro1pp分别表示内存页面数和内存分配的页面数，并产生一个随机数序列maintota1inStrUCtiOn（当然这个序列由Page口的下标随机构成），表示待处理的进程页面序列，diseffect置零。然后扫描整个页面访问序列，对VDiStanCeTOTA1_VP数组进行赋值，表示该页面将在第几步进行处理。（2）看main。是否有下一个元素，有，就从序列main口中获取一个CPU待处理的页面号；没有，就转到（6）。（3）如果该页面已经在内存中了，就转到（2）；否则转到（4）0