实验二 存储器管理
实验二 存储器管理
实验目的：
理解各类置换算法的原理和虚拟存储器管理的方法。
实验内容：
编程实现LRU算法或CLOCK/改进算法等置换算法（二选一），模拟实现虚拟存储器的地址变换过程。
实验步骤：
1.改进型CLOCK算法
（1）改进型ClOCK算法描述：
在将一个页面换出时，如果该页已被修改过，便须将该页重新写回到磁盘上；但如果该页未被修改过，则不必将它拷回磁盘。在改进型CLOCK算法中，除须考虑页面的使用情况外，还须在增加一个因素，即置换代价，这样页面换出时，既要是未使用过的页面，又要是未被修改过的页面。把同时满足这两个条件的页面作为首选淘汰的页面。由访问位A和修改位M可以组合成下面四种类型的页面:
1类（A=0，M=0）：表示该页最近既未被访问，又未被修改，是最佳淘汰页。
2类（A=0，M=1）：表示该页最近未被访问，但已被修改，并不是很好的淘汰页。
3类（A=1，M=0）：表示该页最近已被访问，但未被修改，该页有可能在被访问。
4类（A=1，M=1）：表示该页最近已被访问且被修改，该页可能再被访问。
（2）改进型CLOCK页面置换算法的数据结构
1）内存块类和页面类
| 类名 | 属性 | 作用 |
| Block | 页面page 修改位modify 访问位access | 用于表示一个内存块单元 |
| Page | 页号page 修改位modify | 用于表示一个页面 |
注：Page的modify是预设置好的，也就是说页面访问串是预先生成的，生成的内容包括页面号和访问位，也就模拟了系统运行时要访问的页面号和要修改的页面。
（3）简单ClOCK算法流程图
图1 简单Clock的页面置换算法
（4）改进型Clock页面置换算法流程图。
图2 改进型Clock页面置换算法流程图
2.改进型Clock算法的代码实现
（1）代码目录结构如图3所示。从上到下依次为内存块类，改进型页面置换算法及其测试代码，页面类。
图3 改进型Clock页面置换算法代码目录结构
（2）Page页面类的代码如下。
public class Page{
int page = -1;
int modify = 0;
public Page(int page,int modify){
this.page = page;
this.modify = modify;
}
}
（3）Block页面块的代码如下。
public class Block {
int page = -1;
int access = 0;
int modify = 0;
}
（4）Clock页面置换算法及其测试类的代码如下。测试数据通过三种方式实现，一种是随机生成，一种是自己输入+随机，最后一种是自己输入。
import java.util.Random;
import java.util.Scanner;
//改进型的页面置换算法
public class ClockTest {
public static void main(String[] args) {
int size = 3;
int pagesize = 10;
Scanner in = new Scanner(System.in);
System.out.println("**************************************************************");
System.out.println("*************************改进型clock算法***************************");
System.out.println("*************注:预先生成页面访问序列再去调用页面置换算法,同时设置修改位***************");
System.out.println("**************************************");
System.out.println("请输入内存块的大小：");
size = in.nextInt();
Block[] arr = new Block[size];
for(int i = 0;i < size;i++){
arr[i] = new Block();
}
System.out.println("请输入访问页面的容量");
pagesize = in.nextInt();
Page[] pages = new Page[pagesize];
System.out.println("请选择操作(输入数字1或2或3)：");
System.out.println("1、随机生成页面访问序列和修改位");
System.out.println("2、动态指定访问序列，随机生成修改位");
System.out.println("3、动态指定访问序列和修改位");
int action = in.nextInt();
Random random = new Random();
if(action == 1){
for(int i = 0;i < pagesize;i++){
pages[i] = new Page(random.nextInt(8),Math.abs(random.nextInt(10)%2));
}
}else if(action == 2){
for(int i = 0;i < pagesize;i++){
System.out.println("请输入第" + i + "个页号");
pages[i] = new Page(in.nextInt(),Math.abs(random.nextInt(10)%2));
}
}else if(action ==3){
for(int i = 0;i < pagesize;i++){
System.out.println("请输入第" + i + "个页号和是否被会被修改(1为修改0为未修改)");
pages[i] = new Page(in.nextInt(),in.nextInt());//模拟页号为1的页面不会被修改
}
}
System.out.println("===要访问的页面串如下===");
System.out.println("页面号\t是否被修改");
for (Page page : pages) {
System.out.println(page.page+"\t"+page.modify);
}
clock(arr,pages);
}
public static void clock(Block[] block,Page[] page){
boolean flag = false;
int count = 0; //缺页数
for(int i = 0;i < page.length;i++){
System.out.println("页面置换前的内存块的使用情况");
System.out.println("页面号\t"+"访问位\t"+"修改位\t");
for (int m = 0;m < block.length;m++) {
System.out.println( block[m].page +"\t" + block[m].access + "\t"+block[m].modify);
}
System.out.println("将要访问的页面---"+page[i].page);
if(contain(block,page[i])){
System.out.println("命中！");
System.out.println("页面号\t"+"访问位\t"+"修改位\t");
for (int m = 0;m < block.length;m++) {
System.out.println( block[m].page +"\t" + block[m].access + "\t"+block[m].modify);
}
System.out.println("*****************************************");
continue;
}else{
System.out.println("缺页...");
count++;
flag = false;
}
while(!flag){
for(int j = 0;j < block.length;j++){
if(block[j].access == 0 && block[j].modify == 0){
block[j].page = page[i].page;
block[j].access = 1;
block[j].modify=page[i].modify;
flag = true;
break;
}
}
if(flag){
break;
}
for(int j = 0;j < block.length;j++){
if(block[j].access == 0 && block[j].modify == 1){
block[j].page = page[i].page;
block[j].access = 1;
flag = true;
break;
}else{
block[j].access = 0;
}
}
}
System.out.println("页面号\t"+"访问位\t"+"修改位\t");
for (int m = 0;m < block.length;m++) {
System.out.println( block[m].page +"\t" + block[m].access + "\t"+block[m].modify);
} System.out.println("*****************************************");
}
System.out.println("缺页次数：" + count);
System.out.println("缺页率：" + (count*1.0)/page.length);
}
public static boolean contain(Block[] block,Page page){
for(int i = 0;i < block.length;i++){
if(block[i].page == page.page){
block[i].page = page.page;
block[i].access = 1;
block[i].modify = page.modify;
return true;
}
}
return false;
}
}
（5）改进型Clcok页面置换算法的测试。
1）针对3个内存块，8个页面访问序列的情况的测试效果如图4-图6所示，图4采用的是随机生成的数据，图5页面置换的过程，图6显示的是缺页次数和缺页率。注：-1代表内存块未使用。
测试：输入内存块3，页面大小8，采用1随机的方式
暂无，详见文字描述
图4 页面数据初始化
图5 页面置换过程
图6 缺页次数和缺页率
2）针对个5内存块，8个页面访问序列的情况的测试效果如图7-图9所示，图7采用的是随机生成的数据，图8页面置换的过程，图9显示的是缺页次数和缺页率。注：-1代表内存块未使用。
测试：输入内存块5，页面大小8，采用1随机的方式
暂无，详见文字描述
图7 页面数据初始化
图8 页面置换过程
图9 缺页次数和缺页率