操作系统课程设计-页面置换算法C语言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、设计要求1、编写算法，实现页面置换算法FIFO、LRU；2、针对内存地址引用串，运行页面置换算法进行页面置换；3、算法所需的各种参数由输入产生（手工输入或者随机数产生）；4、输出内存驻留的页面集合，页错误次数以及页错误率；四．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。
五、设计说明1、采用数组页面的页号2、FIFO算法，选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰；分配n个物理块给进程，运行时先把前n个不同页面一起装入内存，然后再从后面逐一比较，输出页面及页错误数和页错误率。
3、LRU算法，根据页面调入内存后的使用情况进行决策；同样分配n个物理块给进程，前n个不同页面一起装入内存，后面步骤与前一算法类似。
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：六．设计思想：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。
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。
七．流程图：如下页所示六．运行结果： 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引用串编号大于物理块数?否页号在物理块中?根据选择的置换算法完成置换页号序列载完?结束 否 否是 是 是1. 按任意键进行初始化：2. 载入数据：3. 进入置换算法选择界面：4.运算中延迟操作：5.三种算法演示结果：八.结论通过这次课程设计，不仅让我了解了页面置换算法，开始我一味的进行调试，急切的想侥幸调试出来，但由于没有进行深入的考虑，我调试了很久都没没有成功，我仔细的分析题目，分析材料，在原由的基础上我进行了改正，我最后还是调试成功了，还是经过了一翻努力，这次操作系统实习，不仅让我对操作系统这门课程有了更深入的研究、对很多重要的概念有了巩固和掌握。
通过努力，三个页面置换算法程序都已经完成，此时此刻，我心里多了些成就感。
虽然自己所做的很少也不够完善，但毕竟也是努力的结果。
主要有以下几点收获：1.通过对上网和看书查阅相关资料，使自己对C语言的基本框架有新的了解，加深了对可视化程序的认识。
2.在使用C语言来实现功能时，不像以往用的其他语言，它比较简练，更容易理解，实用性很强。
3.先进先出页面置换和LRU以及OPT算法各有特点，但是实践起来却很大，使自己对页面置换算法有了新的认识。
一周半的课程设计就要结束了，不但对专业知识有了更深的理解，更使的自己认识到实践的重要性，理论、实践相结合才能达到很好的学习效果，特别是程序语言的学习。
六．源代码：如下页所示【使用C语言】#include <stdio.h>#include <stdlib.h>/*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;printf("┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓\n");printf("┃请按任意键进行初始化操作... ┃\n");printf("┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛\n");printf(" >>>");getch();system("cls");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(用空格隔开)：");for(i=0;i<pSIZE;i++)scanf("%1d",&page[i]);download();system("cls");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<pSIZE)&&(i<20*(k+1));i++){if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1)) )printf("%d\n",page[i]);elseprintf("%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) *\n");printf("* 2.最近最久未使用(LRU) *\n");printf("* 3.最佳(OPT) *\n");printf("* 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");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;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");}}}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<pSIZE)&&(i<20*(k+1));i++){if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1)) )printf("%d\n",page[i]);elseprintf("%d ",page[i]);}for(j=0;j<mSIZE;j++){for(i=20*k;(i<mSIZE+20*k)&&(i<pSIZE);i++){if(i>=j)printf("|%d|",temp[i][j]);elseprintf(" | |");}for(i=mSIZE+20*k;(i<pSIZE)&&(i<20*(k+1));i ++){for(flag=0,l=0;l<mSIZE;l++)if(temp[i][l]==temp[i-1][l])flag++;if(flag==mSIZE)/*页面在物理块中*/printf(" ");elseprintf("|%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/pSIZ E);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");elseprintf("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<mSIZE;i++){memery[i]=page[i];time[i]=i;for(j=0;j<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];}for(i=mSIZE;i<pSIZE;i++){/*判断新页面号是否在物理块中*/for(j=0,k=0;j<mSIZE;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]<time[1]?0:1;for(m=2;m<mSIZE;m++)if(time[m]<time[max])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<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];}else{for(j=0;j<mSIZE;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<mSIZE;i++){memery[i]=page[i];flag[i]=i;for(j=0;j<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];}for(i=mSIZE;i<pSIZE;i++){/*判断新页面号是否在物理块中*/for(j=0,k=0;j<mSIZE;j++){if(memery[j]!=page[i])k++;elseflag[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]<flag[1]?0:1;for(m=2;m<mSIZE;m++)if(flag[m]<flag[max])max=m;memery[max]=page[i];flag[max]=i; /*记录该页的访问时间*/for(j=0;j<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];}else{for(j=0;j<mSIZE;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<mSIZE;i++){memery[i]=page[i];for(j=0;j<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];}for(i=mSIZE;i<pSIZE;i++){/*判断新页面号是否在物理块中*/for(j=0,k=0;j<mSIZE;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<mSIZE;m++){for(l=i+1;l<pSIZE;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<mSIZE;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<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];}else {for(j=0;j<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];}}compute();print(count);}。