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：如下页所示六．源代码：如下页所示【使用C语言】#include <stdio.h>#include <conio.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;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<pSIZE;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<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) 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<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/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");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*/{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);}七．参考文献：1. 严蔚敏, 吴伟民. 数据结构. 清华大学出版社, 2005.112. 谭浩强. 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