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1、.-XXXX 大学学生实验报告大学学生实验报告开课学院及实验室：开课学院及实验室：计算机科学与工程实验室 2021 2021 年年 12 12 月月 1 1 日日实验课实验课程名称程名称实验工实验工程名称程名称操作系统实验操作系统实验内存管理内存管理成绩成绩指导教师指导教师(*报告只能为文字和图片,教师评语将添加到此处,学生请勿作答*)一、实验目的一、实验目的通过模拟实现请求页式存储管理的几种根本页面置换算法，了解虚拟存储技术的特点，掌握虚拟存储请求页式存储管理中几种根本页面置换算法的根本思想和实现过程，并比拟它们的效率。二、实验内容二、实验内容实验 1：设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用
2、下述算法计算访问命中率。1、最正确淘汰算法OPT2、先进先出的算法FIFO3、最近最久未使用算法LRU4、最不经常使用算法LFU5、最近未使用算法NUR命中率页面失效次数页地址流长度实验 2：在 Linux 环境下利用以下系统调用 malloc()， free()编写一段程序实现内存分配与回收的管理。要求： 1、返回已分配给变量的内存地址； 2、返回释放后的内存地址； 3、释放已分配的内存空间后，返回释放内存后未使用内存的大小。三、实验原理三、实验原理UNIX 中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制；内存空间的分配和回收均以页为单位进展；一个进程只需将其一局部 段或页 调入内存便可运
3、行；还支持请求调页的存储管理方式。当进程在运行中需要访问某局部程序和数据时，发现其所在页面不在内存，就立即提出请求 向 CPU 发出缺中断 ，由系统将其所需页面调入内存。这种页面调入方式叫请求调页。为实现请求调页，核心配置了四种数据构造：页表、页框号、访问位、修改位、有效位、保护位等。当 CPU 接收到缺页中断信号，中断处理程序先保存现场，分析中断原因，转入缺页中断处理程序。该程序通过查找页表，得到该页所在外存的物理块号。如果此时内存未满，能容纳新页，那么启动磁盘 I/O 将所缺之页调入内存，然后修改页表。如果内存已满，那么须按某种置换算法从内存中选出一页准备换出，是否重新写盘由页表的修改位决
4、定，然后将缺页调入，修改页表。利用修改后的页表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。整个页面的调入过程对用户是透明的。四、实验设备四、实验设备安装了 Linux 系统的电脑五、实验程序五、实验程序实验实验 1 1：*include*include.优选-.-*define TRUE 1*define FALSE 0*define INVALID -1/*define NULL 0*define total_instruction 320*define total_vp 32*define clear_period 50typedef structint pn,pfn,counter
5、,time;pl_type;pl_type pltotal_vp;struct pfc_structint pn,pfn;struct pfc_struct *next;typedef struct pfc_struct pfc_type;pfc_type pfctotal_vp,*freepf_head,*busypf_head,*busypf_tail;int diseffect, atotal_instruction;int pagetotal_instruction, offsettotal_instruction;int initialize(int);int FIFO(int);i
6、nt LRU(int);int LFU(int);int NUR(int);int OPT(int);int main( )int s,i,j;srand(10*getpid();s=(float)319*rand( )/32767/32767/2+1;for(i=0;itotal_instruction;i+=4)if(s319)printf(When i=%d,Error,s=%dn,i,s);exit(0);ai=s;ai+1=ai+1;ai+2=(float)ai*rand( )/32767/32767/2;ai+3=ai+2+1;s=(float)(318-ai+2)*rand( )
7、/32767/32767/2+ai+2+2;if(ai+2318)|(s319).优选-.-printf(a%d+2,a number which is :%d and s=%dn,i,ai+2,s);for (i=0;itotal_instruction;i+)pagei=ai/10;offseti=ai%10;for(i=4;i=32;i+)printf(-%2d page frames-n,i);FIFO(i);LRU(i);LFU(i);NUR(i);OPT(i);return 0;int initialize(total_pf)int total_pf;int i;diseffect
8、=0;for(i=0;itotal_vp;i+)pli.pn=i;pli.pfn=INVALID;pli.counter=0;pli.time=-1;for(i=0;itotal_pf-1;i+)pfci.next=&pfci+1;pfci.pfn=i;pfctotal_pf-1.next=NULL;pfctotal_pf-1.pfn=total_pf-1;freepf_head=&pfc0;return 0;int FIFO(total_pf)int total_pf;int i,j;.优选-.-pfc_type *p;initialize(total_pf);busypf_head=bus
9、ypf_tail=NULL;for(i=0;inext;plbusypf_head-pn.pfn=INVALID;freepf_head=busypf_head;freepf_head-next=NULL;busypf_head=p;p=freepf_head-next;freepf_head-next=NULL;freepf_head-pn=pagei;plpagei.pfn=freepf_head-pfn;if(busypf_tail=NULL)busypf_head=busypf_tail=freepf_head;elsebusypf_tail-next=freepf_head;busy
10、pf_tail=freepf_head;freepf_head=p;printf(FIFO:%6.4fn,1-(float)diseffect/320);return 0;int LRU (total_pf)int total_pf;int min,minj,i,j,present_time;initialize(total_pf);present_time=0;for(i=0;itotal_instruction;i+)if(plpagei.pfn=INVALID)diseffect+;.优选-.-if(freepf_head=NULL)min=32767;for(j=0;jplj.time
11、&plj.pfn!=INVALID)min=plj.time;minj=j;freepf_head=&pfcplminj.pfn;plminj.pfn=INVALID;plminj.time=-1;freepf_head-next=NULL;plpagei.pfn=freepf_head-pfn;plpagei.time=present_time;freepf_head=freepf_head-next;elseplpagei.time=present_time;present_time+;printf(LRU:%6.4fn,1-(float)diseffect/320);return 0;i
12、nt NUR(total_pf)int total_pf;int i,j,dp,cont_flag,old_dp;pfc_type *t;initialize(total_pf);dp=0;for(i=0;itotal_instruction;i+)if (plpagei.pfn=INVALID)diseffect+;if(freepf_head=NULL)cont_flag=TRUE;old_dp=dp;while(cont_flag)if(pldp.counter=0&pldp.pfn!=INVALID)cont_flag=FALSE;else.优选-.-dp+;if(dp=total_v
13、p)dp=0;if(dp=old_dp)for(j=0;jnext=NULL;plpagei.pfn=freepf_head-pfn;freepf_head=freepf_head-next;elseplpagei.counter=1;if(i%clear_period=0)for(j=0;jtotal_vp;j+)plj.counter=0;printf(NUR:%6.4fn,1-(float)diseffect/320);return 0;int OPT(total_pf)int total_pf;int i,j, max,maxpage,d,disttotal_vp;pfc_type *
14、t;initialize(total_pf);for(i=0;itotal_instruction;i+)if(plpagei.pfn=INVALID)diseffect+;if(freepf_head=NULL)for(j=0;jtotal_vp;j+)if(plj.pfn!=INVALID) distj=32767;else distj=0;d=1;for(j=i+1;jtotal_instruction;j+)if(plpagej.pfn!=INVALID)distpagej=d;d+;.优选-.-max=-1;for(j=0;jtotal_vp;j+)if(maxnext=NULL;p
15、lmaxpage.pfn=INVALID;plpagei.pfn=freepf_head-pfn;freepf_head=freepf_head-next;printf(OPT:%6.4fn,1-(float)diseffect/320);return 0;int LFU(total_pf)int total_pf;int i,j,min,minpage;pfc_type *t;initialize(total_pf);for(i=0;itotal_instruction;i+)if(plpagei.pfn=INVALID)diseffect+;if(freepf_head=NULL)min=
16、32767;for(j=0;jplj.counter&plj.pfn!=INVALID)min=plj.counter;minpage=j;plj.counter=0;freepf_head=&pfcplminpage.pfn;plminpage.pfn=INVALID;freepf_head-next=NULL;.优选-.-plpagei.pfn=freepf_head-pfn;plpagei.counter+;freepf_head=freepf_head-next;elseplpagei.counter+;printf(LFU:%6.4fn,1-(float)diseffect/320)
17、;return 0;实验实验 2 2*includeusing namespace std;*include*include*include/*includeint main()int *string;string=(int*) malloc(10);if(string=NULL)printf(Insufficient memory availablen);elseprintf(Memory space allocated for path namen);coutstring=stringendl;free(string);printf(Memory freedn);int *stringy;
18、stringy=(int*)malloc(12);if(stringy=NULL)printf(Insufficient memory availablen);elseprintf(Memory space allocated for path namen);coutstringy=stringyendl;free(stringy);printf(Memory freedn);六、实验结果六、实验结果.优选-.-试验试验 1 1：从几种算法的命中率看，OPT 最高，其次为 NUR 相对较高，而 FIFO 与 LRU 相差无几，最低的是 LFU。但每个页面执行结果会有所不同。OPT 算法在执行过
19、程中可能会发生错误。试验试验 2 2：第一次调用 malloc，申请 10 个字节大小的连续内存空间，返回该内存空间的首地址string，释放后，第二次调用 malloc，申请 12 个字节大小的内存空间，返回stringy，与string 值一样。在第一次调用并释放后，增加一句：string=NULL;发现，此时第二次调用malloc，结果是：Insufficient memory available，说明，调用 malloc 后返回为空。在第二次调用 malloc 时，实际上并没有重新申请空间。七、问题答复分析七、问题答复分析为什么 OPT 在执行时会有错误产生.答：OPT 算法：在将来不出现的或最晚出现的先淘汰，可以看出，它是一种对未来的假设判断，假设知道了将来要使用的页面，从而根据该情况来作出选择，但是进程是动态执行的，未来是无法预知的，所以，当碰到这种未来假设与实际不符时就会出现错误。.优选-