C语言实现页面置换算法

Tama ·

更新时间:2024-11-15

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本文实例为大家分享了C语言实现页面置换算法的具体代码，供大家参考，具体内容如下

操作系统实验

页面置换算法（FIFO、LRU、OPT）

概念：

1.最佳置换算法（OPT）（理想置换算法）：从主存中移出永远不再需要的页面；如无这样的页面存在，则选择最长时间不需要访问的页面。于所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的，或者是在最长时间内不再被访问的页面，这样可以保证获得最低的缺页率。
2.先进先出置换算法（FIFO）：是最简单的页面置换算法。这种算法的基本思想是：当需要淘汰一个页面时，总是选择驻留主存时间最长的页面进行淘汰，即先进入主存的页面先淘汰。其理由是：最早调入主存的页面不再被使用的可能性最大。
3．最近最久未使用（LRU）算法：这种算法的基本思想是：利用局部性原理，根据一个作业在执行过程中过去的页面访问历史来推测未来的行为。它认为过去一段时间里不曾被访问过的页面，在最近的将来可能也不会再被访问。所以，这种算法的实质是：当需要淘汰一个页面时，总是选择在最近一段时间内最久不用的页面予以淘汰。

题目：

编写一个程序，实现本章所述的FIFO、LRU和最优页面置换算法。首先，生成一个随机的页面引用串，其中页码范围为0-9.将这个随机页面引用串应用到每个算法，并记录每个算法引起的缺页错误的数量。实现置换算法，一遍页面帧的数量可以从1~7。


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int numbers[20]={7,0,1,2,
   0,3,0,4,
   2,3,0,3,
   2,1,2,0,
   1,7,0,1};//本地数据，与课本一致，方便测试
int nums=0;//输入栈的个数，为了方便使用，
int stack[20][7]={10};
void begin();
void randomnum();//用于产生随机数
void init();//初始化
void FIFO();//FIFO算法
void LRU();//LRU算法
void OPT();//最优页面置换算法（OPT）
void print();//输出
int main() {
 begin();
 FIFO();
 LRU();
 OPT();
 return 0;
}
void begin()//开始菜单界面
{
 int i,j,k;
 printf("请输入页面帧的数量(1-7)：");
 scanf("%d",&nums);
 for(k=0;;k++)
 {
 printf("是否使用随机数产生输入串（0：是，1：否）");
 scanf("%d",&j);
 if(j==0)
 {
  randomnum();
  break;
 }
 else if(j==1)
 {
  break;
 }
 else
 {
  printf("请输入正确的选择！\n");
 }
 }
 printf("页面引用串为：\n");
 for(i=0;i<20;i++)
 {
 printf("%d ",numbers[i]);
 }
 printf("\n");
 init();
}
void randomnum()//如果需要使用随机数生成输入串，调用该函数
{
 srand(time(0));//设置时间种子
 for(int i = 0; i < 20; i++) {
 numbers[i] = rand() % 10;//生成区间0`9的随机页面引用串
 }
}
void init()//用于每次初始化页面栈中内容，同时方便下面输出的处理
{
 int i,j;
 for(i=0;i<20;i++)
 for(j=0;j<nums;j++)
  stack[i][j]=10;
}
void print()//输出各个算法的栈的内容
{
 int i,j;
 for(i=0;i<nums;i++)
 {
 for(j=0;j<20;j++)
 {
  if(stack[j][i]==10)
  printf("* ");
  else
  printf("%d ",stack[j][i]);
 }
 printf("\n");
 }
}
void FIFO()//FIFO算法
{
 init();
 int i,j=1,n=20,k,f,m;
 stack[0][0]=numbers[0];
 for(i=1;i<20;i++)
 {
 f=0;
 for(m=0;m<nums;m++)
 {
  stack[i][m]=stack[i-1][m];
 }
 for(k=0;k<nums;k++)
 {
  if(stack[i][k]==numbers[i])
  {
  n--;
  f=1;
  break;
  }
 }
 if(f==0)
 {
  stack[i][j]=numbers[i];
  j++;
 }
 if(j==nums)
  j=0;
 }
 printf("\n");
 printf("FIFO算法：\n");
 print();
 printf("缺页错误数目为：%d\n",n);
}
void LRU()//LRU算法
{
 int i,j,m,k,sum=1;
 int sequence[7]={0};//记录序列
 init();
 stack[0][0]=numbers[0];
 sequence[0]=nums-1;
 for(i=1;i<nums;i++)//前半部分，页面空置的情况
 {
 for(j=0;j<nums;j++)
 {
  stack[i][j]=stack[i-1][j];
 }
 for(j=0;j<nums;j++)
 {
  if(sequence[j]==0)
  {
  stack[i][j]=numbers[i];
  break;
  }
 }
 for(j=0;j<i;j++)//将之前的优先级序列都减1
 {
  sequence[j]--;
 }
 sequence[i]=nums-1;//最近使用的优先级列为最高
 sum++;
 }
 for(i=nums;i<20;i++)//页面不空，需要替换的情况
 {
 int f;
 f=0;
 for(j=0;j<nums;j++)
 {
  stack[i][j]=stack[i-1][j];
 }
 for(j=0;j<nums;j++)//判断输入串中的数字，是否已经在栈中
 {
  if(stack[i][j]==numbers[i])
  {
  f=1;
  k=j;
  break;
  }
 }
 if(f==0)//如果页面栈中没有，不相同
 {
  for(j=0;j<nums;j++)//找优先序列中为0的
  {
  if(sequence[j]==0)
  {
   m=j;
   break;
  }
  }
  for(j=0;j<nums;j++)
  {
  sequence[j]--;
  }
  sequence[m]=nums-1;
  stack[i][m]=numbers[i];
  sum++;
 }
 else//如果页面栈中有，替换优先级
 {
  if(sequence[k]==0)//优先级为最小优先序列的
  {
  for(j=0;j<nums;j++)
  {
   sequence[j]--;
  }
  sequence[k]=nums-1;
  }
  else if(sequence[k]==nums-1)//优先级为最大优先序列的
  {
  //无需操作
  }
  else//优先级为中间优先序列的
  {
  for(j=0;j<nums;j++)
  {
   if(sequence[k]<sequence[j])
   {
   sequence[j]--;
   }
  }
  sequence[k]=nums-1;
  }
 }
 }
 printf("\n");
 printf("LRU算法：\n");
 print();
 printf("缺页错误数目为：%d\n",sum);
}
void OPT()//OPT算法
{
 int i,j,k,sum=1,f,q,max;
 int seq[7]={0};//记录序列
 init();
 stack[0][0]=numbers[0];
 seq[0]=nums-1;
 for(i=1;i<nums;i++)//前半部分，页面空置的情况
 {
 for(j=0;j<nums;j++)
 {
  stack[i][j]=stack[i-1][j];
 }
 for(j=0;j<nums;j++)
 {
  if(seq[j]==0)
  {
  stack[i][j]=numbers[i];
  break;
  }
 }
 for(j=0;j<i;j++)//将之前的优先级序列都减1
 {
  seq[j]--;
 }
 seq[i]=nums-1;//最近使用的优先级列为最高
 sum++;
 }
 for(i=nums;i<20;i++)//后半部分，页面栈中没有空的时候情况
 {
 //k=nums-1;//最近的数字的优先级
 for(j=0;j<nums;j++)//前面的页面中内容赋值到新的新的页面中
 {
  stack[i][j]=stack[i-1][j];
 }
 for(j=0;j<nums;j++)
 {
  f=0;
  if(stack[i][j]==numbers[i])
  {
  f=1;
  break;
  }
 }
 if(f==0)//页面中没有，需要替换的情况
 {
  for(q=0;q<nums;q++)//优先级序列中最大的就是最久未用的，有可能出现后面没有在用过的情况
  {
  seq[q]=20;
  }
  for(j=0;j<nums;j++)//寻找新的优先级
  {
  for(q=i+1;q<20;q++)
  {
   if(stack[i][j]==numbers[q])
   {
   seq[j]=q-i;
   break;
   }
  }
  }
  max=seq[0];
  k=0;
  for(q=0;q<nums;q++)
  {
  if(seq[q]>max)
  {
   max=seq[q];
   k=q;
  }
  }
  stack[i][k]=numbers[i];
  sum++;
 }
 else
 {
  //页面栈中有需要插入的数字，无需变化，替换的优先级也不需要变化
 }
 }
 printf("\n");
 printf("OPT算法：\n");
 print();
 printf("缺页错误数目为：%d\n",sum);
}

运行结果截图：