页面置换算法的模拟实现及命中率对比

一、课程设计目的 通过请求页式管理方式中页面置换算法的模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请 求页式存储管理中的页面置换算法。 容 二、课程设计内容 模拟实现 OPT（最佳置换）、FIFO 和 LRU 算法，并计算缺页率。 示 三、要求及提示 本题目必须单人完成。 1、首先用随机数生成函数产生一个“指令将要访问的地址序列”，然后将地址序列变换 成相应的页地址流（即页访问序列），再计算不同算法下的命中率。 2、通过随机数产生一个地址序列，共产生 400 条。其中 50%的地址访问是顺序执行的， 另外 50%就是非顺序执行。且地址在前半部地址空间和后半部地址空间均匀分布。具体产 生方法如下： 1) 在前半部地址空间，即[0，199]中随机选一数 m，记录到地址流数组中（这是 非顺序执行）； 2) 接着“顺序执行一条指令”，即执行地址为 m+1 的指令，把 m+1 记录下来； 3) 在后半部地址空间，[200，399]中随机选一数 m’，作为新指令地址； 4) 顺序执行一条指令，其地址为 m’+1； 5) 重复步骤 1~4，直到产生 400 个指令地址。 3、将指令地址流变换成页地址（页号）流，简化假设为： 1) 页面大小为 1K（这里 K 只是表示一个单位，不必是 1024B）； 2) 用户虚存容量为 40K； 3) 用户内存容量为 4 个页框到 40 个页框； 6 4) 用户虚存中，每 K 存放 10 条指令，所以那 400 条指令访问地址所对应的页地 址（页号）流为：指令访问地址为[0，9]的地址为第 0 页；指令访问地址为[10， 19]的地址为第 1 页；……。按这种方式，把 400 条指令组织进“40 页”，并 将“要访问的页号序列”记录到页地址流数组中。 4、循环运行，使用户内存容量从 4 页框到 40 页框。计算每个内存容量下不同页面置换 算法的命中率。输出结果可以为： 页框数 OPT 缺页率 FIFO 缺页率 LRU 缺页率 [4] OPT：0.5566 FIFO：0.4455 LRU：0.5500 [5] OPT：0.6644 FIFO：0.5544 LRU：0.5588 …… …… …… …… [39] OPT：0.9000 FIFO：0.9000 LRU：0.9000 [40] OPT：1.0000 FIFO：1.0000 LRU：1.0000 注 1：在某一次实验中，可能 FIFO 比 LRU 性能更好，但足够多次的实验表明 LRU 的平均性能比 FIFO 更好。 注 2：计算缺页率时，以页框填满之前和之后的总缺页次数计算。