虚拟分页置换算法

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1、虚拟分页存储器的管理一：目的和要求：学生编写3～4个常用存储分配算法，并能设计一个存储器的模拟程序，对各种算法进行分析比较，评测其性能优劣。为了比较真实的模拟存储管理，可预先生成一个大致符合实际情况的指令地址流，然后模拟这样一种指令序列的执行来计算和分析各种算法的访问命中率。二：实验内容：采用虚拟分页存储器的管理，通过进行计算分析不同页面淘汰算法情况下的访问命中率和改变页面大小实际存储量，来计算访问命中率。本程序按下列原则生成指令序列：1．50%指令序列执行2．25%指令序列均匀分布在前地址部分3．2

2、5%指令序列均匀分布在后地址部分假定虚存容量为32 K，页面尺寸从1K到8K(1K,2K,4K,8K),实存容量为4页~32页。三：具体置换算法思想：（1）先进先出（FIFO）最简单的页面置换算法是先入先出（FIFO）法。这种算法的实质是，总是选择在主存中停留时间最长（即最老）的一页置换，即先进入内存的页，先退出内存。理由是：最早调入内存的页，其不再被使用的可能性比刚调入内存的可能性大。建立一个FIFO队列，收容所有在内存中的页。被置换页面总是在队列头上进行。当一个页面被放入内存时，就把它插在队尾上。

3、这种算法只是在按线性顺序访问地址空间时才是理想的，否则效率不高。因为那些常被访问的页，往往在主存中也停留得最久，结果它们因变“老”而不得不被置换出去。FIFO的另一个缺点是，它有一种异常现象，即在增加存储块的情况下，反而使缺页中断率增加了。当然，导致这种异常现象的页面走向实际上是很少见的。（1）最佳置换（OPT）最优置换（OptimalReplacement）是在理论上提出的一种算法。其实质是：当调入新的一页而必须预先置换某个老页时，所选择的老页应是将来不再被使用，或者是在最远的将来才被访问。采用这种

4、页面置换算法，保证有最少的缺页率。但是最优页面置换算法的实现是困难的，因为它需要人们预先就知道一个进程整个运行过程中页面走向的全部情况。不过，这个算法可用来衡量（如通过模拟实验分析或理论分析）其他算法的优劣。（2）最近最少使用（LRU）LRU算法是经常采用的页面置换算法，并被认为是相当好的，但是存在如何实现它的问题。LRU算法需要实际硬件的支持。其问题是怎么确定最后使用时间的顺序，对此有两种可行的办法：（1）计数器。最简单的情况是使每个页表项对应一个使用时间字段，并给CPU增加一个逻辑时钟或计数器。每

5、次存储访问，该时钟都加1。每当访问一个页面时，时钟寄存器的内容就被复制到相应页表项的使用时间字段中。这样我们就可以始终保留着每个页面最后访问的“时间”。在置换页面时，选择该时间值最小的页面。这样做，不仅要查页表，而且当页表改变时（因CPU调度）要维护这个页表中的时间，还要考虑到时钟值溢出的问题。（2）栈。用一个栈保留页号。每当访问一个页面时，就把它从栈中取出放在栈顶上。这样一来，栈顶总是放有目前使用最多的页，而栈底放着目前最少使用的页。由于要从栈的中间移走一项，所以要用具有头尾指针的双向链连起来。在最

6、坏的情况下，移走一页并把它放在栈顶上需要改动6个指针。每次修改都要有开销，但需要置换哪个页面却可直接得到，用不着查找，因为尾指针指向栈底，其中有被置换页。因实现LRU算法必须有大量硬件支持，还需要一定的软件开销。所以实际实现的都是一种简单有效的LRU近似算法。（3）时钟算法（CLOCK）与LRU的实现类似实验4：虚拟分页存储器的管理1一：目的和要求：1二：实验内容：1三：具体置换算法思想：2（1）先进先出（FIFO）2（2）最佳置换（OPT）2（3）最近最少使用（LRU）2（4）时钟算法（CLOCK）

7、3四：程序框图：3五：总体设计思想：4六:运行结果4七：样例4therandomnumbersareasfollows4Whenthepagesizeis1k5Whenthepagesizeis2k6Whenthepagesizeis4k7Whenthepagesizeis8k7四：程序框图：结果FIFOLRUUUOPT淘汰算法择赋初值为每一个指令地址流形成对应的访问页号产生给定长度符合某种假定的指令地址流开始CLOCK五：总体设计思想：先用C语言的STDLIB函数库中的RANDOM函数，生成256个

8、随机数，为保证他们有50%的连续，每生成一个随机数，即把他加一，这样生成的随机数有50%是连续的。然后设置变量I,他反映页面尺寸的改变。通过产生的随机数和I可生成256个页面，于是调用页面淘汰算法。六:运行结果七：样例therandomnumbersareasfollows87642934625282198391236122907276551969519062295343084215623216132867414116109431992717558236