实验指导 一
、页面置换算法的基本内容
1.1 页面置换算法是在当进程运行过程中，若其要访问的页面不在内存且内存已满时，要决定将哪个页面换出的算法。常见的页面置换算法包括最佳置换、先进先出置换、最近最久未使用置换和Clock置换等。本次的实验实现的算法包括最佳置换算法（OPT）、先进先出置换算法（FIFO）和最近最久未使用算法（LRU）。
1.2 页面置换算法涉及到一些概念如下： 缺页率：当需要访问的页面不在内存时称为缺页，此时需要将页面调入内存。缺页率就是要访问的页面不在内存中的概率。因此缺页率=缺页次数/要访问的页面总数。需要注意的是，缺页的时候不一定需要进行页面置换（如果内存还没满，直接将页面调入内存即可）。
置换率：置换就是将旧页面调出内存，新页面调进内存，即新页面代替旧页面的过程。置换率就是需要进行页面置换的概率。所以置换率=置换次数/要访问的页面总数。
命中率：就是要访问的页面恰好在内存中的概率。可以发现（缺页率+命中率=1）。 最佳置换算法
最佳置换算法，就是所选择内存中以后永远不再使用，或者是在未来最长的一段时间内不再被访问的页面来换出。用这种算法可以保证获得最低的缺页率，最低的置换次数，因此效率最高。然而在实际情况中，我们是无法知道哪个页面是未来最长时间内不再被访问的，所以实际上它是无法实现的。
先进先出置换算法 先进先出置换算法，就是选择内存中最先进入内存，在内存中呆的最久的页面来换出。它实现简单，但是效率不高。 最近最久未使用算法
最近最久未使用算法，是选择当前内存中，最久没有被访问的页面来换出。它是希望通过过去页面访问的情况，来预测未来页面的访问情况，但是页面过去与未来的走向之间并没有必然的联系，因此它的效率也不是十分高。
根据实验指导书搜索资料编写实验代码
代码功能:
根据自己输入 物理块数量,访问页面总数,要访问的页面号,
然后选择所需的置换算法 OPT,FIFO,LRU 三选一. 计算过程,并得出 缺页次数,缺页率,置换次数,命中率的结果;
1.使用FIFO置换算法
2.使用OPT置换算法
#include <stdio.h>
//初始化队列
void initializeList(int list[],int number){
for (int i = 0; i < number; i ++) {
list[i] = -1;
}
}
//展示队列状态
void showList(int list[], int number){
for (int i = 0; i < number; i ++) {
printf("%2d",list[i]);
}
printf("\n");
}
//展示当前内存状态
void showMemoryList(int list[],int phyBlockNum){
for (int i = 0; i < phyBlockNum; i ++) {
if (list[i] == -1) {
break;
}
printf(" |%d|",list[i]);
}
printf("\n");
}
void informationCount(int missingCount,int replaceCount,int pageNum){
printf("缺页次数:%d 缺页率:%d/%d\n",missingCount,missingCount,pageNum);
double result = (double)(pageNum - missingCount)/(double)pageNum;
printf("置换次数:%d 命中率:%.2f\n",replaceCount,result);
}
//找到该页面下次要访问的位置
int getNextPosition(int currentPage,int currentPosition,int strList[],int pageNum){
for (int i = currentPosition+1; i < pageNum; i ++) {
if (strList[i] == currentPage) {
return i;
}
}
return 100;
}
//最佳置换算法
void replacePageByOPT(int memoryList[],int phyNum,int strList[],int pageNum){
//置换次数
int replaceCount = 0;
//缺页次数
int missingCount = 0;
//记录在内存的物理块的下一次访问位置
int nextPosition[phyNum];
//初始化
initializeList(nextPosition, phyNum);
//记录当前页面的访问情况: 0 未访问
int isVisited;
for (int i = 0; i < pageNum; i ++) {
isVisited = 0;
//判断是否需要置换->内存已满且需要访问的页面不在内存中
for (int j = 0; j < phyNum; j ++) {
if (memoryList[j] == strList[i]) {
//该页面已经存在内存中
//记录下一次访问它的位置
nextPosition[j] = getNextPosition(memoryList[j], i, strList, pageNum);
//修改访问情况
isVisited = 1;
//展示
printf("%d\n",strList[i]);
break;
}
if (memoryList[j] == -1) {
//页面不在内存中且内存未满->直接存入
memoryList[j] = strList[i];
nextPosition[j] = getNextPosition(memoryList[j], i, strList, pageNum);
missingCount ++;
//修改访问情况
isVisited = 1;
//展示
printf("%d\n",strList[i]);
showMemoryList(memoryList, phyNum);
break;
}
}
if (!isVisited) {
//当前页面还没访问过
//内存已满且当前访问不在内存中->进行置换
//1.寻找到最晚才被访问到的页面
int max = 0;
for (int k = 1; k < phyNum; k ++) {
if (nextPosition[max] < nextPosition[k]) {
max = k;
}
}
//2.将该位置的页面换出
memoryList[max] = strList[i];
nextPosition[max] = getNextPosition(memoryList[max], i, strList, pageNum);
missingCount ++;
replaceCount ++;
//展示
printf("%d\n",strList[i]);
showMemoryList(memoryList, phyNum);
}
}
informationCount(missingCount, replaceCount,pageNum);
}
//先进先出置换算法
void replacePageByFIFO(int memoryList[],int phyNum,int strList[],int pageNum){
//置换次数
int replaceCount = 0;
//缺页次数
int missingCount = 0;
//记录当前最早进入内存的下标
int pointer = 0;
//记录当前页面的访问情况: 0 未访问
int isVisited = 0;
for (int i = 0; i < pageNum; i ++) {
isVisited = 0;
//判断是否需要置换->内存已满且需要访问的页面不在内存中
for (int j = 0; j < phyNum; j ++) {
if (memoryList[j] == strList[i]) {
//该页面已经存在内存中
//修改访问情况
isVisited = 1;
//修改访问时间
//展示
printf("%d\n",strList[i]);
break;
}
if (memoryList[j] == -1) {
//页面不在内存中且内存未满->直接存入
memoryList[j] = strList[i];
//修改访问情况
isVisited = 1;
missingCount ++;
//展示
printf("%d\n",strList[i]);
showMemoryList(memoryList, phyNum);
break;
}
}
if (!isVisited) {
//当前页面还未被访问过->需要进行页面置换
//直接把这个页面存到所记录的下标中
memoryList[pointer] = strList[i];
//下标指向下一个
pointer ++;
//如果到了最后一个，将下标归零
if (pointer > phyNum-1) {
pointer = 0;
}
missingCount ++;
replaceCount ++;
//展示
printf("%d\n",strList[i]);
showMemoryList(memoryList, phyNum);
}
}
informationCount(missingCount, replaceCount, pageNum);
}
//最近最久未使用置换算法
void replacePageByLRU(int memoryList[],int phyNum,int strList[],int pageNum){
//置换次数
int replaceCount = 0;
//缺页次数
int missingCount = 0;
//记录内存中最近一次访问至今的时间
int timeRecord[phyNum];
//初始化
initializeList(timeRecord, phyNum);
//记录当前页面的访问情况: 0 未访问
int isVisited = 0;
//记录已经在内存中的页面数量
int pageCount = 0;
for (int i = 0; i < pageNum; i ++) {
isVisited = 0;
//时间加一
for (int p = 0; p < pageCount; p ++) {
if (memoryList[p] != -1) {
timeRecord[p] ++;
}
}
//是否需要置换
for (int j = 0; j < phyNum; j ++) {
if (memoryList[j] == strList[i]) {
//该页面已经存在内存中
//修改访问情况
isVisited = 1;
//重置访问时间
timeRecord[j] = -1;
//展示
printf("%d\n",strList[i]);
break;
}
if (memoryList[j] == -1) {
//页面不在内存中且内存未满->直接存入
memoryList[j] = strList[i];
pageCount ++;
//修改访问情况
isVisited = 1;
//修改访问时间
timeRecord[j] ++;
missingCount ++;
//展示
printf("%d\n",strList[i]);
showMemoryList(memoryList, phyNum);
break;
}
}
if (!isVisited) {
//需要置换
//1.遍历时间记录表，寻找最久未访问的页面所在的内存下标
int max = 0;
for (int k = 0; k < phyNum; k ++) {
if (timeRecord[max] < timeRecord[k]) {
max = k;
}
}
//2.将该位置的页面换出
memoryList[max] = strList[i];
timeRecord[max] = -1;
missingCount ++;
replaceCount ++;
//展示
printf("%d\n",strList[i]);
showMemoryList(memoryList, phyNum);
}
}
informationCount(missingCount, replaceCount, pageNum);
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
//物理块的数量
int phyBlockNum;
printf("请输入物理块数量:\n");
scanf("%d",&phyBlockNum);
//生成内存队列
int memoryList[phyBlockNum];
//初始化内存状态
initializeList(memoryList, phyBlockNum);
//showMemoryList(memoryList,phyBlockNum);
//页面数量
int pageNum;
printf("请输入要访问的页面总数:\n");
scanf("%d",&pageNum);
//保存页面号引用串
int pageNumStrList[pageNum];
printf("请输入要访问的页面号:\n");
for (int i = 0; i < pageNum; i ++) {
scanf("%d",&pageNumStrList[i]);
}
showList(pageNumStrList, pageNum);
int chose;
while (1) {
printf("请选择所需的置换算法:\n");
printf("1.OPT 2.FIFO 3.LRU 4.退出\n");
scanf("%d",&chose);
switch (chose) {
case 1:
showList(pageNumStrList, pageNum);
replacePageByOPT(memoryList, phyBlockNum, pageNumStrList, pageNum);
//重新初始化内存
initializeList(memoryList, phyBlockNum);
break;
case 2:
showList(pageNumStrList, pageNum);
replacePageByFIFO(memoryList, phyBlockNum, pageNumStrList, pageNum);
//重新初始化内存
initializeList(memoryList , phyBlockNum);
break;
case 3:
showList(pageNumStrList, pageNum);
replacePageByLRU(memoryList, phyBlockNum, pageNumStrList, pageNum);
//重新初始化内存
initializeList(memoryList, phyBlockNum);
break;
default:
return 0;
break;
}
}
return 0;
}