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淮海工学院计算机科学系

实验报告书

课程名：《操作系统原理》

题目：实验三虚拟存储器管理

班级： Z 软件 52

学号：

名：

评语：

成绩：指导教师：

批阅时间：年月日

操作系统原理实验报告

1、实验目的与要求

本实验模拟请求页式虚存管理系统的页面置换情况。实验程序能模拟一个拥

有若干个虚页的进程在给定的若干个实页中运行、并在缺页中断发生时分别使用

FIFO 和 LRU 算法进行页面置换的情形。要求程序运行时屏幕能显示出置换过程

中的状态信息并输出访问结束时的页面命中率。并通过为该进程分配不同的实页

数，来比较几种算法的稳定性。

2、实验内容或题目

本实验要求使用

C/C++

语言编程模拟一个拥有若干个虚页的进程在给定的若

干个实页中运行、并在缺页中断发生时分别使用 FIFO 和 LRU 算法进行页面置换

的情形。其中虚页的个数可以事先给定（例如 10 个），对这些虚页访问的页地址

流（其长度可以事先给定，例如 20 次虚页访问）可以由程序随机产生，也可以事

先保存在文件中。要求程序运行时屏幕能显示出置换过程中的状态信息并输出访

问结束时的页面命中率。程序应允许通过为该进程分配不同的实页数，来比较两

种置换算法的稳定性。

实验说明：

（1）设计中虚页和实页的表示

本设计利用

C/C++/Java

语言的结构体来描述虚页和实页的结构。

pfn

time

pfn

虚页结构实页结构

在虚页结构中，pn 代表虚页号，因为共 10 个虚页，所以 pn 的取值范围

是 0—9。pfn 代表实页号，当一虚页未装入实页时，此项值为-1；当该虚页已装

入某一实页时，此项值为所装入的实页的实页号 pfn。time 项在 FIFO 算法中不

使用，在 LRU 中用来存放对该虚页的最近访问时间。

在实页结构中中，pn 代表虚页号，表示 pn 所代表的虚页目前正放在此实页

中。pfn 代表实页号，取值范围（0—n-1）由动态指派的实页数 n 所决定。next

是一个指向实页结构体的指针，用于多个实页以链表形式组织起来，关于实页链

表的组织详见下面第 4 点。

（2）关于缺页次数的统计

操作系统原理实验报告

为计算命中率，需要统计在 20 次的虚页访问中命中的次数。为此，程序应

设置一个计数器 count，来统计虚页命中发生的次数。每当所访问的虚页的 pfn

项值不为-1，表示此虚页已被装入某实页内，此虚页被命中，count 加 1。最终

命中率=count/20*100%。

（3）LRU 算法中“最近最久未用”页面的确定

为了能找到“最近最久未用”的虚页面，程序中可引入一个时间计数器

countime，每当要访问一个虚页面时，countime 的值加 1，然后将所要访问的虚

页的 time 项值设置为增值后的当前 countime 值，表示该虚页的最后一次被访问

时间。当 LRU 算法需要置换时，从所有已分配实页的虚页中找出 time 值为最小

的虚页就是“最近最久未用”的虚页面，应该将它置换出去。

（4）算法中实页的组织

因为能分配的实页数 n 是在程序运行时由用户动态指派的，所以应使用链表

组织动态产生的多个实页。为了调度算法实现的方便，可以考虑引入 free 和 busy

两个链表：free 链表用于组织未分配出去的实页，首指针为 free_head，初始时

n 个实页都处于 free 链表中；busy 链表用于组织已分配出去的实页，首指针为

busy_head，尾指针为 busy_tail，初始值都为 null。当所要访问的一个虚页不

在实页中时，将产生缺页中断。此时若 free 链表不为空，就取下链表首指针所

指的实页，并分配给该虚页。若 free 链表为空，则说明 n 个实页已全部分配出

去，此时应进行页面置换：对于 FIFO 算法要将 busy_head 所指的实页从 busy

链表中取下，分配给该虚页，然后再将该实页插入到 busy 链表尾部；对于 LRU

算法则要从所有已分配实页的虚页中找出 time 值为最小的虚页，将该虚页从装

载它的那个实页中置换出去，并在该实页中装入当前正要访问的虚页。

3、实验步骤

（1）理解好相关实验说明。

（2）根据实验说明，画出相应的程序流程图。

（3）按照程序流程图，用

C/C++/Java

语言编程并实现。

4、流程图

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