实验四-页面置换算法代码(一)
实验四页面置换算法模拟（2）一．题目要求：
设计一个虚拟存储区和内存工作区，编程序演示下述算法的具体实现过程，并计算访问命中率：
要求设计主界面以灵活选择某算法，且以下算法都要实现
1) 最佳置换算法(OPT)：将以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再
被访问的页面换出。
2) 先进先出算法(FIFO)：淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留
时间最久的页面予以淘汰。
3) 最近最久未使用算法(LRU)：淘汰最近最久未被使用的页面。
4) 最不经常使用算法(LFU)
二．实验目的：
1、用C语言编写OPT、FIFO、LRU，LFU四种置换算法。
2、熟悉内存分页管理策略。
3、了解页面置换的算法。
4、掌握一般常用的调度算法。
5、根据方案使算法得以模拟实现。
6、锻炼知识的运用能力和实践能力。
三．相关知识：
1．虚拟存储器的引入：
局部性原理：程序在执行时在一较短时间内仅限于某个部分；相应的，它所访问的存储空间也局限于某个区域，它主要表现在以下两个方面：时间局限性和空间局限性。
2．虚拟存储器的定义：
虚拟存储器是只具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。
3．虚拟存储器的实现方式：
分页请求系统，它是在分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页面形式虚拟存储系统。
请求分段系统，它是在分段系统的基础上，增加了请求调段及分段置换功能后，所形成的段式虚拟存储系统。
4．页面分配：
平均分配算法，是将系统中所有可供分配的物理块，平均分配给各个进程。
按比例分配算法，根据进程的大小按比例分配物理块。
考虑优先的分配算法，把内存中可供分配的所有物理块分成两部分：一部分按比例地分配给各进程；另一部分则根据个进程的优先权，适当的增加其相应份额后，分配给各进程。
5．页面置换算法：
常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。
四．设计思想：
选择置换算法，先输入所有页面号，为系统分配物理块，依次进行置换：OPT基本思想：
是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序列，memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。数组next[mSIZE]记录物理块中对应页面的最后访问时间。每当发生缺页时，就从物理块中找出最后访问时间最大的页面，调出该页，换入所缺的页面。
【特别声明】
若物理块中的页面都不再使用，则每次都置换物理块中第一个位置的页面。
FIFO基本思想：
是用队列存储内存中的页面，队列的特点是先进先出，与该算法是一致的，所以每当发生缺页时，就从队头删除一页，而从队尾加入缺页。或者借助辅助数组time[mSIZE]记录物理块中对应页面的进入时间，每次需要置换时换出进入时间最小的页面。
LRU基本思想：
是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序列，memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。数组flag[10]标记页面的访问时间。每当使用页面时，刷新访问时间。发生缺页时，就从物理块中页面标记最小的一页，调出该页，换入所缺的页面。
五．流程图：
如下页所示
开始
载入页号序列，从第0个得到页号
将页号放入物理块中，编号加1
否
引用串编号大
于物理块数?
是
是
页号在物理块中?
是
根据选择的置换算法完成置换
是
页号序列载完?
是
结束
六．源代码：
如下页所示【使用C语言】
#include
#include
#include
/*全局变量*/
int mSIZE; /*物理块数*/
int pSIZE; /*页面号引用串个数*/
static int memery[10]={0}; /*物理块中的页号*/
static int page[100]={0}; /*页面号引用串*/
static int temp[100][10]={0}; /*辅助数组*/
/*置换算法函数*/
void FIFO();
void LRU();
void OPT();
/*辅助函数*/
void print(unsigned int t);
void designBy();
void download();
void mDelay(unsigned int Delay);
/*主函数*/
void main()
{
int i,k,code;
system("color 0A");
designBy();
printf("┃请按任意键进行初始化操作... ┃\n");
printf("┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛\n");
printf(" >>>");
getch();
system("cls");
system("color 0B");
printf("请输入物理块的个数(M<=10)：");
scanf("%d",&mSIZE);
printf("请输入页面号引用串的个数(P<=100)：");
scanf("%d",&pSIZE);
puts("请依次输入页面号引用串(连续输入，无需隔开)：");
for(i=0;i scanf("%1d",&page[i]); download(); system("cls"); system("color 0E"); do{ puts("输入的页面号引用串为："); for(k=0;k<=(pSIZE-1)/20;k++) { for(i=20*k;(i { if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1))) printf("%d\n",page[i]); else printf("%d ",page[i]); } } printf("* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *\n"); printf("* 请选择页面置换算法：\t\t\t *\n"); printf("* ----------------------------------------- *\n"); printf("* 1.先进先出(FIFO) 2.最近最久未使用(LRU) *\n"); printf("* 3.最佳(OPT) 4.退出*\n"); printf("* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *\n"); printf("请选择操作：[ ]\b\b"); scanf("%d",&code); switch(code) { case 1: FIFO(); break; case 2: LRU(); break; case 3: OPT(); break; case 4: system("cls"); system("color 0A"); designBy(); /*显示设计者信息后退出*/ printf("┃谢谢使用页面置换算法演示器! 正版授权㊣┃\n"); printf("┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛\n"); exit(0); default: printf("输入错误，请重新输入："); } printf("按任意键重新选择置换算法：>>>"); //getch(); system("cls"); }while (code!=4); getch(); } /*载入数据*/ void download() { int i; system("color 0D"); printf("╔════════════╗\n"); printf("║正在载入数据，请稍候!!!║\n"); printf("╚════════════╝\n"); printf("Loading...\n"); printf(" O"); for(i=0;i<51;i++) printf("\b"); for(i=0;i<50;i++) { mDelay((pSIZE+mSIZE)/2); printf(">"); } printf("\nFinish.\n载入成功，按任意键进入置换算法选择界面：>>>"); getch(); } /*设置延迟*/ void mDelay(unsigned int Delay) { unsigned int i; for(;Delay>0;Delay--) { for(i=0;i<124;i++) { printf(" \b"); } } } /*显示设计者信息*/ void designBy() { printf("┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓\n"); printf("┃㊣页面置换算法㊣┃\n"); printf("┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫\n"); } void print(unsigned int t) { int i,j,k,l; int flag; for(k=0;k<=(pSIZE-1)/20;k++) { for(i=20*k;(i { if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1))) printf("%d\n",page[i]); else printf("%d ",page[i]); } for(j=0;j { for(i=20*k;(i { if(i>=j) printf(" |%d|",temp[i][j]); else printf(" | |"); } for(i=mSIZE+20*k;(i { for(flag=0,l=0;l if(temp[i][l]==temp[i-1][l]) flag++; if(flag==mSIZE)/*页面在物理块中*/ printf(" "); else printf(" |%d|",temp[i][j]); } /*每行显示20个*/ if(i%20==0) continue; printf("\n"); } } printf("----------------------------------------\n"); printf("缺页次数：%d\t\t",t+mSIZE); printf("缺页率：%d/%d\n",t+mSIZE,pSIZE); printf("置换次数：%d\t\t",t); printf("访问命中率：%d%%\n",(pSIZE-(t+mSIZE))*100/pSIZE); printf("----------------------------------------\n"); } /*计算过程延迟*/ void compute() { int i; printf("正在进行相关计算，请稍候"); for(i=1;i<20;i++) { mDelay(15); if(i%4==0) printf("\b\b\b\b\b\b \b\b\b\b\b\b"); else printf("Θ"); } for(i=0;i++<30;printf("\b")); for(i=0;i++<30;printf(" ")); for(i=0;i++<30;printf("\b")); } /*先进先出页面置换算法*/ void FIFO() { int memery[10]={0}; int time[10]={0}; /*记录进入物理块的时间*/ int i,j,k,m; int max=0; /*记录换出页*/ int count=0; /*记录置换次数*/ /*前mSIZE个数直接放入*/ for(i=0;i { memery[i]=page[i]; time[i]=i; for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } for(i=mSIZE;i { /*判断新页面号是否在物理块中*/ for(j=0,k=0;j { if(memery[j]!=page[i]) k++; } if(k==mSIZE) /*如果不在物理块中*/ { count++; /*计算换出页*/ max=time[0] for(m=2;m if(time[m] max=m; memery[max]=page[i]; time[max]=i; /*记录该页进入物理块的时间*/ for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } else { for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } } compute(); print(count); } /*最近最久未使用置换算法*/ void LRU() { int memery[10]={0}; int flag[10]={0}; /*记录页面的访问时间*/ int i,j,k,m; int max=0; /*记录换出页*/ int count=0; /*记录置换次数*/ /*前mSIZE个数直接放入*/ for(i=0;i { memery[i]=page[i]; flag[i]=i; for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } for(i=mSIZE;i { /*判断新页面号是否在物理块中*/ for(j=0,k=0;j { if(memery[j]!=page[i]) k++; else flag[j]=i; /*刷新该页的访问时间*/ } if(k==mSIZE) /*如果不在物理块中*/ { count++; /*计算换出页*/ max=flag[0] for(m=2;m if(flag[m] max=m; memery[max]=page[i]; flag[max]=i; /*记录该页的访问时间*/ for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } else { for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } } compute(); print(count); } /*最佳置换算法*/ void OPT() { int memery[10]={0}; int next[10]={0}; /*记录下一次访问时间*/ int i,j,k,l,m; int max; /*记录换出页*/ int count=0; /*记录置换次数*/ /*前mSIZE个数直接放入*/ for(i=0;i { memery[i]=page[i]; for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } for(i=mSIZE;i { /*判断新页面号是否在物理块中*/ for(j=0,k=0;j { if(memery[j]!=page[i]) k++; } if(k==mSIZE) /*如果不在物理块中*/ { count++; /*得到物理快中各页下一次访问时间*/ for(m=0;m { for(l=i+1;l if(memery[m]==page[l]) break; next[m]=l; } /*计算换出页*/ max=next[0]>=next[1]?0:1; for(m=2;m if(next[m]>next[max]) max=m; /*下一次访问时间都为pSIZE,则置换物理块中第一个*/ memery[max]=page[i]; for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } else { for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } } compute(); print(count); } 七．参考文献： 1. 严蔚敏, 吴伟民. 数据结构. 清华大学出版社, 2005.11 2. 谭浩强. C语言程序设计. 清华大学出版社, 2005.11 3. 于帆, 赵妮. 程序设计基础(C语言版). 清华大学出版社, 2006.11 4. 汤小丹, 梁红兵, 哲凤屏, 汤子瀛. 计算机操作系统. 西安电子科技大学出版社, 2007.5