实验2 使用 LRU 方法更新 Cache

一、实验目的

  了解和掌握寄存器分配和内存分配的有关技术。

二、实验内容

  结合数据结构的相关知识，使用LRU的策略，对一组访问序列进行内部的 Cache 更新。
  LRU 置换算法是选择最近最久未使用的页面予以置换，该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来经历的时间 T，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中 T 值最大的，即最近最久没有访问的页面，这是一个比较合理的置换算法。
例如：
  有一个 Cache 采用组相连映象方式。每组有四块，为了实现 LRU 置换算法，在快表中为每块设置一个 2 位计数器。我们假设访问序列为 1、1、2、4、3、5、2、1、6、7、1、3。在访问 Cache 的过程中，块的装入、置换及命中时，具体情况如下表所示：

	1	1	2	4	3	5	2	1	6	7	1	3
Cache块0	1	1	1	1	1	5	5	5	5	7	7	7
Cache块1	-1	-1	2	2	2	2	2	2	2	2	2	3
Cache块2	-1	-1	-1	4	4	4	4	1	1	1	1	1
Cache块3	-1	-1	-1	-1	3	3	3	3	6	6	6	6
	装入	命中	装入	装入	装入	置换	命中	置换	置换	置换	命中	置换

三、实验结果

四、实验代码

#include <iostream>

using namespace std;

class Cache {
public:
	bool state = false;
	int value = -1;
	int count = 0;
};

const int M = 4; // Cache块数 
Cache cache[M];
const int N = 12;// 测试页面数 
int walk_sort[] = {1,1,2,4,3,5,2,1,6,7,1,3};// 测试数据 
void up_cache();

int main() {
	up_cache();
}

void up_cache() {
    int i = 0;
    while (i < N) {
        int j = 0;
	   // 满么？ 
        while (j < M) {
            if((cache[j].state == false) && (walk_sort[i] != cache[j].value)) {
                cout << "cache有空闲块,不考虑是否要置换..." << endl;
                cout << walk_sort[i] << "被调入cache...." << endl;
                cache[j].value = walk_sort[i++]; 
                cache[j].state = true;
                cache[j].count = 0;
                int kk = 0;
                
                for (int x = 0; x < M; x++) {
                    cout << "cache块" << x << ": " << cache[x].value << endl;
                }
                cout << endl;
                
                // 更新其它cache块没使用时间
                while (kk < M) {
                    if (kk != j && cache[kk].value != -1) {
                        cache[kk].count++;
                    }
                    kk++;
                }
                break; 
            }
            if (cache[j].value == walk_sort[i]) {
                cout << endl;
                cout << walk_sort[i] << "命中!!!" << endl;
                
                for (int x = 0; x < M; x++) {
                    cout << "cache块" << x << ": " << cache[x].value << endl;
                }
                cout << endl;
                
                int kk = 0;
                i++;
                cache[j].count=0;
                //更新其它cache块没使用时间
                while (kk < M) {
                    if (kk != j && cache[kk].value != -1) {
                        cache[kk].count++;
                    }
                    kk++;
                }
            }
            j++;
        }

        if (j == M) {
            cout << "cache已经满了,考虑是否置换..." << endl;
            cout << endl;
            int k = 0;

            while (k < M) {
                if (cache[k].value == walk_sort[i]) {
                    cout << endl;
			        cout << walk_sort[i] << "命中!!!" << endl;
  
                    for (int x = 0; x < M; x++) {
                        cout << "cache块" << x << ": " << cache[x].value << endl;
                    }
                    
                    i++;
                    cache[k].count = 0;
                    int kk = 0;
                     
                    //更新其它cache块没使用时间
                    while (kk < M) {
                        if (kk != k){
                            cache[kk].count++;
                        }
                        kk++;
                    }
                    break;
                }
                k++;
            } 
            //考虑置换那一块.
            if (k == M) {
                int ii = 0;
                int t = 0;//要替换的cache块号.
                int max = cache[ii].count;
                ii++; 
                while (ii < M) {
                    if(cache[ii].count > max) {
                        max = cache[ii].count;
                        t = ii;
                    }
                    ii++;
                }
                //置换
                cout<<cache[t].value<<"被"<<walk_sort[i]<<"在cache的"<<t<<"号块置换..."<<endl;
                cache[t].value=walk_sort[i++];
                cache[t].count=0;
                
                for (int x = 0; x < M; x++) {
                    cout << "cache块" << x << ": " << cache[x].value << endl;
                }
                int kk = 0;                
                //更新其它cache块没使用时间
                while (kk < M) {
                    if (kk != t) {
                        cache[kk].count++;
                    }
                    kk++;
                }
            }
        }
    }
}