操作系統(tǒng)之進(jìn)程調(diào)度——優(yōu)先權(quán)法和輪轉(zhuǎn)法（附上樣例講解）
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要求

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 存儲(chǔ)管理的主要功能之一是合理地分配空間。請(qǐng)求頁(yè)式管理是一種常用的虛擬存儲(chǔ)管理技術(shù)。
本實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)請(qǐng)求頁(yè)式管理中頁(yè)面置換算法模擬設(shè)計(jì)，了解虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的特點(diǎn)，掌握請(qǐng)求頁(yè)式存儲(chǔ)管理的頁(yè)面置換算法。
二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
（1）通過(guò)計(jì)算不同算法的命中率比較算法的優(yōu)劣。同時(shí)也考慮了用戶內(nèi)存容量對(duì)命中率的影響。
頁(yè)面失效次數(shù)為每次訪問(wèn)相應(yīng)指令時(shí)，該指令所對(duì)應(yīng)的頁(yè)不在內(nèi)存中的次數(shù)。
在本實(shí)驗(yàn)中，假定頁(yè)面大小為1k，用戶虛存容量為32k，用戶內(nèi)存容量為4頁(yè)到32頁(yè)。
（2）produce_addstream通過(guò)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生一個(gè)指令序列，共320條指令。
A、指令的地址按下述原則生成：
1）50%的指令是順序執(zhí)行的
2）25%的指令是均勻分布在前地址部分
3）25%的指令是均勻分布在后地址部分
B、具體的實(shí)施方法是：
1）在[0，319]的指令地址之間隨機(jī)選取一起點(diǎn)m；
2）順序執(zhí)行一條指令，即執(zhí)行地址為m 1的指令；
3）在前地址[0，m 1]中隨機(jī)選取一條指令并執(zhí)行，該指令的地址為m’；
4）順序執(zhí)行一條指令，地址為m’ 1的指令
5）在后地址[m’ 2，319]中隨機(jī)選取一條指令并執(zhí)行；
6）重復(fù)上述步驟1）~5），直到執(zhí)行320次指令
C、將指令序列變換稱(chēng)為頁(yè)地址流
在用戶虛存中，按每k存放10條指令排列虛存地址，即320條指令在虛存中的存放方式為：
第0條~第9條指令為第0頁(yè)（對(duì)應(yīng)虛存地址為[0，9]）；
第10條~第19條指令為第1頁(yè)（對(duì)應(yīng)虛存地址為[10，19]）；
。。。。。。
第310條~第319條指令為第31頁(yè)（對(duì)應(yīng)虛存地址為[310，319]）；
按以上方式，用戶指令可組成32頁(yè)。
（3）計(jì)算并輸出下屬算法在不同內(nèi)存容量下的命中率。
1）先進(jìn)先出的算法（FIFO）；
2）最近最少使用算法（LRU）；
3）最佳淘汰算法（OPT）；
4）最少訪問(wèn)頁(yè)面算法（LFR）；
其中3）和4）為選擇內(nèi)容
三、系統(tǒng)框圖

一、運(yùn)行結(jié)果
a、運(yùn)行程序：終端先顯示：
Start memory management.
Producing address flow, wait for while, please.
b、地址流、地址頁(yè)號(hào)流生成后，終端顯示：
There are algorithms in the program
1、Optimization algorithm
2、Least recently used algorithm
3、First in first out algorithm
4、Least frequently used algorithm
Select an algorithm number, please.
用戶輸入適當(dāng)淘汰算法的號(hào)碼，并按回車(chē)，若是第一次選擇，輸出相應(yīng)的地址頁(yè)號(hào)流。然后輸出該算法分別計(jì)算的用戶內(nèi)存從2k ~ 32k時(shí)的命中率，若輸入的號(hào)碼不再1~4中，則顯示：
there is not the algorithm in the program,并重復(fù)b。
c、輸出結(jié)果后，終端顯示 “do you try again with anther algorithm(y/n)”。若鍵入y則重復(fù)b,否則結(jié)束。（一般講四種算法都用過(guò)后結(jié)束，以便比較）。
二、運(yùn)行結(jié)果討論
1、比較各種算法的命中率
2、分析當(dāng)用戶內(nèi)存容量增加是對(duì)命中率的影響

分析

上面就是實(shí)驗(yàn)要求，因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系，只寫(xiě)了fifo和lru兩種，但是這兩個(gè)會(huì)了，剩下的了解算法原理就很容易實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于兩種算法的理解和實(shí)現(xiàn)為：

先進(jìn)先出算法算法（Fifo）：

這個(gè)算法原理沒(méi)有算法，就是先進(jìn)先出。對(duì)于這個(gè)結(jié)構(gòu)最好采用的就算隊(duì)列了，對(duì)于java而言，我用的是list集合，每次添加數(shù)據(jù)的時(shí)候添加到第0位置，而如果移除的時(shí)候移除末尾的頁(yè)數(shù)。在這個(gè)過(guò)程中，每執(zhí)行一條指令的時(shí)候，如果這個(gè)指令對(duì)應(yīng)的地址（指令/10）在list中，那么就命中，否則就是缺頁(yè)，需要移除尾，在0位置添加元素。

舉個(gè)例子，頁(yè)面內(nèi)存為3，（只能存三頁(yè)），要執(zhí)行指令地址頁(yè)面對(duì)應(yīng)為：4 2 3 4 1 2 1 5 6 3
那么流程順序?yàn)?#xff1a;（4）缺頁(yè)—>(2,4)缺頁(yè)—>(3,2,4)缺頁(yè)—>4命中—>（1,3,2）缺頁(yè)4被置換—>2命中—>1命中—>（5,1,3）缺頁(yè)2被替換—>(6,5,1)缺頁(yè)2被替換—>（3,6,5）缺頁(yè)1被替換。

最近最少使用算法（LRU）：

這個(gè)算法跟fifo其實(shí)還是挺像的，但是有一點(diǎn)區(qū)別，最近最少使用。也就是說(shuō)在一個(gè)正常序列的時(shí)候如果命中的化，就會(huì)把這個(gè)地址的頁(yè)號(hào)移動(dòng)到首位（或者鏈表首位）。而如果缺頁(yè)的時(shí)候，要把這個(gè)鏈表的末尾位置移除，因?yàn)槟┪驳脑厥亲罱玫淖钌俚?#xff08;很久前才有的）。對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我依然選擇Arraylist。每次遇到指令地址的時(shí)候我只需要特殊判斷下就可以了。我只為了實(shí)驗(yàn)的目的，沒(méi)有考慮性能，因?yàn)闄z查是否存在地址的時(shí)候我用了list.contains（）方法，這是線性查詢復(fù)雜度O（n）,如果數(shù)據(jù)量大可以list map組合使用，將查詢降低到O(logn).還可以開(kāi)一個(gè)boolean數(shù)組標(biāo)記讓查詢復(fù)雜度降低到O（1），（但是這樣的化增大空間），還好數(shù)據(jù)量不大，影響不大。

如果頁(yè)面內(nèi)存為3，（只能存三頁(yè)），要執(zhí)行指令地址頁(yè)面對(duì)應(yīng)為：4 2 3 4 1 2 1 5 6 3
那么流程順序?yàn)?#xff08;4)—>(2,4)—>(3,2,4)—>(4,3,2)命中—>(1,4,3)缺頁(yè)2被替換—>(2,1,4)缺頁(yè)—>(1,2,4)命中—>(5,1,2)缺頁(yè)—>(6,5,1)缺頁(yè)—>(3,6,5)缺頁(yè)

代碼

大致流程就是這樣，有一點(diǎn)區(qū)別。
下面附上我的ac代碼。有的解釋會(huì)在注釋中：

package 實(shí)驗(yàn);import java.util.ArrayDeque; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.Queue; import java.util.Scanner;public class storemanage {static int mingzhong;static int lenyeliu=320;static int errortime;//失效次數(shù)static int random[]=new int[330];//隨機(jī)指令static Scanner sc=new Scanner(System.in);static void init()//初始隨機(jī)數(shù){int index=0;while(index<320){int m=(int) (Math.random()*320);random[index++]=m;//順序指令int m1=(int) (Math.random()*(m+1));if(m1==320) {continue;}//跳出問(wèn)本次random[index++]=m1;//前地址部分 最大317if(m1+1==320) {continue;}//跳出問(wèn)本次random[index++]=m1+1;//順序指令int m2=(int) (Math.random()*(319-(m1+2))+m1+2);if(m2==320) {continue;}//跳出問(wèn)本次random[index++]=m2;//后地址if(index>320){break;} }}private static void lur(){for(int memory=2;memory<=32;memory++){mingzhong=0;errortime=0;Queue<Integer>q1=new ArrayDeque<>();int index=0;while(index<320){if(q1.size()<memory){if(q1.contains(random[index]/10)){q1.remove(random[index]/10);mingzhong++;q1.add(random[index]/10);}else{q1.add(random[index]/10);errortime++;}}else{if(q1.contains(random[index]/10)){q1.remove(index);mingzhong++;}else{q1.poll();//拋出q1.add(random[index]/10);errortime++;}}index++;}double minz=1-(double)(errortime/(double)(320));//mingzhong/320一樣String minzhon=String.format("%.4f", minz);System.out.println("lur :memory:"+memory+" 缺失個(gè)數(shù)："+errortime+" 命中個(gè)數(shù)"+mingzhong+" 命中率："+minzhon);}System.out.println("書(shū)否繼續(xù)Y/N");String team=sc.next();if(team.equals("Y")){System.out.println("請(qǐng)輸入編號(hào)");int index=sc.nextInt();if(index==1) {fifo();}else{lur();}}}private static void fifo() {// TODO 自動(dòng)生成的方法存根for(int memory=2;memory<=32;memory++){mingzhong=0;errortime=0;List<Integer>list=new ArrayList<>();int index=0;while(index<320){if(list.size()<memory)//小于內(nèi)存{if(list.contains(random[index]/10)) {mingzhong++;}else{list.add(random[index]/10);errortime++;} }else//內(nèi)存慢了{if(list.contains(random[index]/10)) {mingzhong++;}else{list.remove(0);//移除第一個(gè)list.add(random[index]/10);errortime++;}}index++;// System.out.println(index);}double minz=1-(double)(errortime/(double)(320));//mingzhong/320一樣String minzhon=String.format("%.4f", minz);System.out.println("fifo :memory:"+memory+" 缺失個(gè)數(shù)："+errortime+" 命中個(gè)數(shù)"+mingzhong+" 命中率："+minzhon);}System.out.println("書(shū)否繼續(xù)Y/N");String team=sc.next();if(team.equals("Y")){System.out.println("請(qǐng)輸入編號(hào)");int index=sc.nextInt();if(index==1) {fifo();}else{lur();}}}public static void main(String[] args) {init();System.out.println("隨機(jī)數(shù)為");for(int i=0;i<320;i++){System.out.print(String.format("%5d", random[i]));if((i+1)%20==0)System.out.println();}System.out.println("輸入選擇算法的計(jì)算方式序號(hào)\n1:先進(jìn)先出的算法（FIFO）；\n" + "2:最近最少使用算法（LRU）；\n" + "3:最佳淘汰算法（OPT）；\n" + "4:最少訪問(wèn)頁(yè)面算法（LFR）；");int index=sc.nextInt();if(index==1) {fifo();}else if(index==2){lur();} } }

執(zhí)行結(jié)果

fifo

lur

可以看得出成功了。并且最后都是0.9因?yàn)楣潭ㄈ表?yè)數(shù)(首次命中)達(dá)到0.1.
如果對(duì)后端、爬蟲(chóng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法等感性趣歡迎關(guān)注我的個(gè)人公眾號(hào)交流：bigsai

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统之存储管理——FIFO算法和LRU算法的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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