页面置换算法操作系统课程设计报告

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1、计算机与信息学院《操作系统综合设计》报告设计题目：页面置换算法学生姓名：学号：专业班级：计算机科学与技术班2015年7月一、设计题目3二、开发环境与工具3三、设计原理31.最佳（Optimal）置换算法32.先进先出（FIFO）页面置换算法43.最近最久未使用（LRU）页面置换算法4四、重要算法51.算法流程图52.关键代码8五、设计结果22六、设计体会24七、附录24一、设计题目第15题：页面置换算法1.建立相应的数据结构；2.在屏幕上显示页面的状况；3.时间的流逝可以用下面几种方法模拟：（a）按键盘，每按一次可以认为过一个时间单位；（b）相应WM_TIMER；4.将一批页的置换情况存入磁盘

2、文件，以后可以读出并重放；5.计算页面的缺页次数、缺页后的页面置换次数；6.支持算法：FIFO、LRU、最佳置换算法。二、开发环境与工具开发环境：Windows开发工具：VC6.0、Eclipse三、设计原理1.最佳（Optimal）置换算法最佳置换算法是由Belady于1966年提出的一种理论上的算法。其所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的，或是在未来最长时间内不再被访问的页面。采用最佳置换算法通常可以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，因而该算法是无法实现的，但可以用该算法去评价其他算法。现举例说明如下：假定

3、系统为某进程分配了三个物理快，并考虑有以下的页面号引用串：7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1进程运行时，先将7,0,1三个页面放入内存。以后，当进程要访问页面2时，将会产生缺页中断。此时OS根据最佳置换算法将将选择页面7予以淘汰。这是因为页面0将作为第5个被访问的页面，页面1是第14个被访问的页面，而页面7则要在第18次页面访问是才需调入。下次访问页面0时，因它已在内存而不必产生缺页中断。当进程访问页面3时，又讲引起页面1被淘汰；因为它在现在的1,2,0三个页面中，将是以后最晚才被访问的。图1示出了采用最佳置换算法时的置换图。由图可以看出，采用最佳置

4、换算法发生了6次页面置换。页面号70120304230321201701物理快1777222227物理快200004000物理快311333112.先进先出（FIFO）页面置换算法FIFO算法是最早出现的置换算法，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长的页面予以淘汰。该算法实现简单，只需要把已经调入内存的页面按先后次序排成一个队列，当发生缺页时，将队首页面出队，再将找到的页面入队，这样就完成了页面置换的任务。以书上的为例有如下表格：701203423032120170777222444000000077000033222221111101111003333322222但该

5、算法与程序的运行规律不相适应，它忽视了程序运行的局部性原理。有可能造成需要访问的页面经常性的被置换。3.最近最久未使用（LRU）页面置换算法FIFO算法性能较差，它是根据页面进入的先后次序进行置换，并不能反映页面的使用情况。最近最久未使用（LRU）算法的基本思想是利用“最近的过去”来预测“最近的未来”，这个也是根据程序运行的局部性原理。由于最佳置换算法只有理论价值，实际系统中是无法使用的，所以就利用最近的过去来预测未来。该算法每访问一个字段，记录一个自上次以来被访问以来所经历的时间t。当需要淘汰一个页面时，选择所有页面中t值最大的，即最近最久未使用的页面予以置换。以书上为例，有如下表格：701

6、203423032120170777222444000111111000000033333300001113322222222277四、重要算法1.算法流程图FIFO算法流程图：Yi++把p[i]的内容直接装入最上面一个空内存块，i++把page[]中最先装入的页面置换出去.i++Page[]是否有空当前p[]中第i个元素是否已在内存中页面走向存入数组p[]中，内存块用page[]表示初始化为0开始NYN输出当前内存块状态结束LRU算法流程图：开始页面走向存入数组p[]中，内存块用page[]表示初始化为0Y当前p[]中第i个元素是否已在内存i++NNPage[]是否有空Y结束把p[i]的内容

7、直接装入最上面一个空内存块，i++输出当前内存块状态把page[]中最近最久未使用的页面置换出去.i++OPT算法流程图：开始Yi++结束输出当前内存块状态把page[]中以后一段时间都不使用或是使用时间离现在最远的换出.i++把p[i]的内容直接装入最上面一个空内存块，i++Page[]是否有空当前p[]中第i个元素是否已在内存页面走向存入数组p[]中，内存块用page[]表示初始化为0NNY2