利用C语言实现页面置换算法的详细过程
作者:braylon_zhang
一个好的页面置换算法,应具有较低的页面更换频率,从理论上讲,应该保留最近重复访问的页面,将以后都不再访问或者很长时间内不再访问的页面调出,下面这篇文章主要给大家介绍了关于利用C语言实现页面置换算法的相关资料,需要的朋友可以参考下
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。
代码
#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,f; int sequence[7]={0};//记录序列 init(); stack[0][0]=numbers[0]; sequence[0]=nums; 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++) //判断要插入的是否在栈中已经存在 { f=0; if(stack[i][j]==numbers[i]) { f=1; sum--; sequence[j]=nums; break; } } for(j=0;j<nums;j++) { if(sequence[j]==0&&f==0) { stack[i][j]=numbers[i]; sequence[i]=nums;//最近使用的优先级列为最高 break; } } for(j=0;j<i;j++)//将之前的优先级序列都减1 { if(sequence[j]!=0) sequence[j]--; } //sequence[i]=nums; 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++) //判断要插入的是否在栈中已经存在 { f=0; if(stack[i][j]==numbers[i]) { f=1; sum--; //b++; seq[j]=nums; break; } } for(j=0;j<nums;j++) { if(seq[j]==0&&f==0) { stack[i][j]=numbers[i]; seq[j]=nums;//最近使用的优先级列为最高 break; } // else if(seq[j]==0&&f==1){ // b++; // sum--; // seq[j]=nums-1; // break; // } } for(j=0;j<nums;j++)//将之前的优先级序列都减1 { if(seq[j]!=0) seq[j]--; } 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不会用的,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:
总结
设置多个数组,一个用来模仿栈,一个用来存要存取的页面,还有在OPT算法和LRU算法中,记录栈中每个数据的替换优先级。
之前的代码写的有点烂,重新看了一次才感觉之前的有多烂,哈哈哈哈哈,这个代码能在linux上跑通的,在windows上肯定也没得问题