操作系统实验七之内存页面置换算法实验
vmrp.h
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <malloc.h>
class Replace{
public:
Replace();
~Replace();
void InitSpace(char * MethodName); //初始化页号记录
void Report(void); // 报告算法执行情况
void Fifo(void); //先进先出算法
void Lru(void); //最近最旧未用算法
void Clock(void); //时钟(二次机会)置换算法
void Eclock(void); //增强二次机会置换算法
void Lfu(void); //最不经常使用置换算法
void Mfu(void); //最经常使用置换算法
private:
int * ReferencePage ; //存放要访问到的页号
int * EliminatePage ; //存放淘汰页号
int * PageFrames ;//存放当前正在实存中的页号
int PageNumber;//访问页数
int FrameNumber;//实存帧数
int FaultNumber;//失败页数
int *Referencebit;
int *count;
int *Modifybit;
};
请在以上实验程序中补充算法的模拟程序。 输入不同的 内存页面引用串和实存帧数,观察并分析其页面置换效果和性能,并将其与 LRU 和 FIFO 算法进行比较。 改进以上示例实验程序, 使之能够随机的产生内存页面引用串, 以便能动态的观测各种置换算法的性能。
#include "vmrp.h"
Replace::Replace()
{
int i;
//设定总得访问页数,并分配相应的引用页号和淘汰页号记录数组空间
cout << "Please input page numbers :" ;
cin >> PageNumber;//存放要访问到的页号
ReferencePage = new int[sizeof(int) * PageNumber];//访问页数
EliminatePage = new int[sizeof(int) * PageNumber];//存放淘汰页号
cout << "Please input reference page string :";
for (i = 0; i < PageNumber; i++)
cin >> ReferencePage[i];
cout << "Please input page frames :";
cin >> FrameNumber;//实存帧数
PageFrames = new int[sizeof(int) * FrameNumber];//存放当前正在实存中的页号
Referencebit=new int[sizeof(int) * FrameNumber];//引用位
count=new int[sizeof(int)*FrameNumber];
Modifybit=new int[sizeof(int)*FrameNumber];//修改位
}
Replace::~Replace()
{
}
void Replace::InitSpace(char * MethodName)
{
int i;
cout << endl << MethodName << endl;
FaultNumber=0;//失败页数
//引用还未开始,-1表示无引用页
for (i = 0; i < PageNumber; i++)
EliminatePage[i] = -1;//淘汰页号初始都设为-1
for(i = 0; i < FrameNumber; i++)
{
PageFrames[i] = -1;//存放当前正在实存中的页号
Referencebit[i]=0;//未被使用引用位设置为0
count[i]=0;//计数
Modifybit[i]=0;//修改位初始为0
}
}
//分析统计选择的算法对于当前输入的页面走向的性能
void Replace::Report(void)
{
//报告淘汰页顺序
cout << endl << "Eliminate page:";
for(int i=0; EliminatePage[i]!=-1; i++) cout << EliminatePage[i] << " ";
//报告缺页数和缺页率
cout << endl << "Number of page faults = " << FaultNumber <<
endl;
cout << setw(6) << setprecision(3) ;
cout << "Rate of page faults = " << 100*(float)FaultNumber/(float)PageNumber << "%"<<endl;
}
//最近最旧未用置换算法
void Replace::Lru(void)
{
int i,j,k,l,next;
InitSpace("LRU");//初始化页号记录
//循环装入引用页
for(k=0,l=0; k < PageNumber; k++) //l为淘汰页的标记
{
next=ReferencePage[k];
//检测引用页当前是否已在实存
for (i=0; i<FrameNumber; i++)
{
if(next == PageFrames[i]) //与当前正在实存中的页号比较
{
//引用页已在实存将其调整到页记录栈顶
next= PageFrames[i];
for(j=i; j>0; j--) PageFrames[j] = PageFrames[j-1];
PageFrames[0]=next;
break;
}
}
if(PageFrames[0] == next)
{
//如果引用页已放栈顶，则为不缺页，报告当前内存页号
for(j=0; j<FrameNumber; j++)
if(PageFrames[j]>=0) cout << PageFrames[j] << " ";
cout << endl;
continue; //继续装入下一页
}
else
// 如果引用页还未放栈顶，则为缺页，缺页数加1
FaultNumber++;
//栈底页号记入淘汰页数组中
EliminatePage[l] = PageFrames[FrameNumber-1];
//向下压栈
for(j=FrameNumber-1; j>0; j--) PageFrames[j]= PageFrames[j-1];
PageFrames[0]=next; //引用页放栈顶
//报告当前实存中页号
for(j=0; j<FrameNumber; j++)
if(PageFrames[j]>=0) cout << PageFrames[j] << " ";
//报告当前淘汰的页号
if(EliminatePage[l]>=0)
cout << "->" << EliminatePage[l++] << endl;
else
cout << endl;
}
//分析统计选择的算法对于当前引用的页面走向的性能
Report();
}
//先进先出置换算法
void Replace::Fifo(void)
{
int i,j,k,l,next;
InitSpace("FIFO");
//循环装入引用页
for(k=0,j=l=0; k < PageNumber; k++)
{
next=ReferencePage[k];
//如果引用页已在实存中，报告实存页号
for (i=0; i<FrameNumber; i++) if(next==PageFrames[i]) break;
if (i<FrameNumber)
{
for(i=0; i<FrameNumber; i++) cout << PageFrames[i] << " ";
cout << endl;
continue;// 继续引用下一页
}
//引用页不在实存中，缺页数加1
FaultNumber++;
//最先入页号记入淘汰页数组
EliminatePage[l]= PageFrames[j];
PageFrames[j]=next;//引用页号放最先入页号处
j = (j+1)%FrameNumber;//最先入页号循环下移
//报告当前实存页号和淘汰页号
for(i=0; i<FrameNumber; i++)
if(PageFrames[i]>=0) cout << PageFrames[i] << " ";
if(EliminatePage[l]>=0)
cout << "->" << EliminatePage[l++] << endl;
else
cout << endl;
}
Report();
}
//时钟(二次机会）置换算法
void Replace::Clock(void)
{
int j,i,k,l,next;
InitSpace("Clock");
for(k=0,j=l=0; k < PageNumber; k++)
{
next=ReferencePage[k];
for (i=0; i<FrameNumber; i++)
//检测引用页当前是否已在实存
if(next==PageFrames[i])
{
Referencebit[i]=1;//引用位设置为1
break;
}
if (i<FrameNumber)
{
for(i=0; i<FrameNumber; i++) cout << PageFrames[i] << " ";
cout << endl;
continue;
}
if(Referencebit[j]==1) //如果引用位为1
{
Referencebit[j]==0;//在判断之后，重新设置成0
}
EliminatePage[l]=PageFrames[j];//最先入页号记入淘汰页数组
PageFrames[j]=next; //引用页号放最先入页号处
Referencebit[j]=1;//引用位设置为1
FaultNumber++;//缺页数加1
j=(j+1)%FrameNumber;//最先入页号循环下移
for(i=0; i<FrameNumber; i++)
if(PageFrames[i]>=0) cout << PageFrames[i] << " ";
if(EliminatePage[l]>=0)
cout << "->" << EliminatePage[l++] << endl;
else
cout << endl;
}
Report();
}
//增强二次机会置换算法
void Replace::Eclock (void)
{
int j,i,k,l,next;
InitSpace("EClock");
for(k=0,j=l=0; k < PageNumber; k++)
{
next=ReferencePage[k];
//循环装入引用页
for (i=0; i<FrameNumber; i++)
//检测引用页当前是否已在实存
if(next==PageFrames[i])
{
Referencebit[i]=1;//引用位设置为1
count[i]++;
//如果被引用了两次，就把修改位设置成1
if(count[i]%2==0)
Modifybit[i]=0;//修改位设置为0
else
Modifybit[i]=1;
break;
}
if (i<FrameNumber)
{
for(i=0; i<FrameNumber; i++) cout << PageFrames[i] << " ";
cout << endl;
continue;
}
if(Referencebit[j]==1)
{
Referencebit[j]==0;
}
if(Modifybit[j]==1)
{
Modifybit[j]=0;
}
int min=10*Referencebit[j]+Modifybit[j];
int index=j;
for(i=0; i<FrameNumber; i++)
{
if(10*Referencebit[i]+Modifybit[i]<min)
{
min=10*Referencebit[i]+Modifybit[i];
index=i;
}
}
EliminatePage[l]=PageFrames[index];
PageFrames[index]=next;
Referencebit[index]=0;
Modifybit[index]=1;
count[index]=0;
FaultNumber++;//引用页不在实存中，缺页数加1
j=(j+1)%FrameNumber;//最先入页号循环下移
for(i=0; i<FrameNumber; i++)
if(PageFrames[i]>=0) cout << PageFrames[i] << " ";
if(EliminatePage[l]>=0)
cout << "->" << EliminatePage[l++] << endl;
else
cout << endl;
}
Report();
}
//最不经常使用置换算法
void Replace::Lfu(void)
{
int j,i,k,l,next;
InitSpace("Lfu");
for(k=0,j=l=0; k < PageNumber; k++)
{
next=ReferencePage[k];
for (i=0; i<FrameNumber; i++)
if(next==PageFrames[i])
{
count[i]++;//记录使用次数
break;
}
if (i<FrameNumber)
{
for(i=0; i<FrameNumber; i++) cout << PageFrames[i] << " ";
cout << endl;
continue;
}
FaultNumber++;
int min=count[0];
int index=0;
for(i=0; i<FrameNumber; i++)
{
if(count[i]<min)
{
min=count[i];
index=i;
}
}
EliminatePage[l]= PageFrames[index];//最不经常使用的页号记入淘汰页数组
PageFrames[index]=next;
count[index]=1;
for(i=0; i<FrameNumber; i++)
if(PageFrames[i]>=0) cout << PageFrames[i] << " ";
if(EliminatePage[l]>=0)
cout << "->" << EliminatePage[l++] << endl;
else
cout << endl;
}
Report();
}
//最经常使用置换算法
void Replace::Mfu(void)
{
int j,i,k,l,next;
InitSpace("Mfu");
for(i=0; i<FrameNumber; i++)
count[i]=1;
for(k=0,j=l=0; k < PageNumber; k++)
{
next=ReferencePage[k];
for (i=0; i<FrameNumber; i++)
if(next==PageFrames[i])
{
count[i]++;
break;
}
if (i<FrameNumber)
{
for(i=0; i<FrameNumber; i++) cout << PageFrames[i] << " ";
cout << endl;
continue;
}
FaultNumber++;
int max=count[0];
int index=0;
for(i=0; i<FrameNumber; i++)
{
if(count[i]>max)
{
max=count[i];
index=i;
}
}
EliminatePage[l]= PageFrames[index];
PageFrames[index]=next;
count[index]=0;
for(i=0; i<FrameNumber; i++)
if(PageFrames[i]>=0) cout << PageFrames[i] << " ";
if(EliminatePage[l]>=0)
cout << "->" << EliminatePage[l++] << endl;
else
cout << endl;
}
Report();
}
int main(int argc,char *argv[])
{
Replace * vmpr = new Replace();
vmpr->Lru();
vmpr->Fifo();
vmpr->Clock();
vmpr->Eclock();
vmpr->Lfu();
vmpr->Mfu();
return 0;
}
makefile head = vmrp.h srcs = vmrp.cc objs = vmrp.o opts = -w -g -c all: vmrp vmrp: $(objs) g++ $(objs) -o vmrp vmrp.o: $(srcs) $(head) g++ $(opts) $(srcs) clean: rm vmrp *.o