操作系统页面置换算法模拟

1．最佳淘汰算法（OPT）

2．先进先出的算法（FIFO）

3．最近最久未使用算法（LRU）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int memory[4];//内存，存放页面位置
int seq[205];//指令的执行顺序
int seq_page[205];//用于OPT算法，存放各条指令所在的页面位置
int P[4];//用于FIFO算法，存储装入主存中的页面的页号
int k=0;//用于FIFO算法，指示当前调入新页时应淘汰页在页号表中的位置
int Q[4];//用于LRU算法，页面淘汰队列
int tail;//用于LRU算法，指示队尾
int S, F;
void OPT(int n)//最佳页面替换算法
{
    int i, count, j, longest=-1;
    int t[4]={0};
    i=n+1;
    count=0;
    //查找最长时间需要访问的页面，longest中保存最远页面在seq_page[]中的位置
    while (i<200 && count<4){
        if (seq_page[i]==memory[0] && t[0]==0){
            count++;
            longest=i;
            t[0]=1;
        }
        else if (seq_page[i]==memory[1] && t[1]==0){
            count++;
            longest=i;
            t[1]=1;
        }
        else if (seq_page[i]==memory[2] && t[2]==0){
            count++;
            longest=i;
            t[2]=1;
        }
        else if (seq_page[i]==memory[3] && t[3]==0){
            count++;
            longest=i;
            t[3]=1;
        }
        i++;
    }
    //页面置换
    if (i<200){//count==4
        for (j=0;j<4;j++){
            if (seq_page[longest]==memory[j]){
                memory[j]=seq[n]/10;
                break;
            }
        }
    }
    else{//count<4
        if (longest==-1){//如果内存中的页面都不会再被使用，则取内存中任意页面置换
            memory[0]=seq[n]/10;
        }
        else{
            for (j=0;j<4;j++){
                if (t[j]==0){
                    memory[j]=seq[n]/10;
                    break;
                }
            }
        }
    }
    return;
}
void FIFO(int n)//先进先出页面替换算法
{
    memory[k]=seq[n]/10;
    k=(k+1)%4;
}
void LRU(int n)//最近最少使用页面替换算法
{
    int i, t;
    memory[Q[0]]=seq[n]/10;
    t=Q[0];
    for (i=0;i<=2;i++){
        Q[i]=Q[i+1];
    }
    Q[3]=t;
}
int main()
{
    int page, foundpage;
    int n1, n2, n3, j, i, x, t;
    double f;
    tail=-1;
    memset(memory, -1, sizeof(memory));
    S=F=0;
    for (i=0;i<4;i++){
        Q[i]=-1;
    }
    //产生指令执行序列
    i=0;
    n1=rand()%160;
    for (j=1;j<=2;j++){
        if (n1+j<160){
            seq[i++]=n1+j;
        }
    }
    while (i<200){
        n2=rand()%n1;
        for (j=1;j<=2;j++){
            if (n2+j<160){
                seq[i++]=n2+j;
            }
        }
        n3=rand()%(158-n2)+n2;
        for (j=1;j<=2;j++){
            if (n3+j<160){
                seq[i++]=n3+j;
            }
        }
    }
    //OPT
    for (i=0;i<200;i++){
        seq_page[i]=seq[i]/10;
    }
    //按顺序执行每条指令
    for (i=0;i<200;i++){
        page=seq[i]/10;//计算所在页面
        foundpage=0;
        for (j=0;j<4;j++){
            if (memory[j]==page){//成功访问
                S++;
                foundpage=1;
                //LRU
                x=-1;
                while (memory[Q[++x]]!=page);
                for (t=x;t<=tail-1;t++){
                    Q[t]=Q[t+1];
                }
                Q[tail]=j;
                printf("NO %3d: %3d suc     memory: %2d %2d %2d %2d      Queue: %d %d %d %d\n", i, seq_page[i], memory[0], memory[1], memory[2], memory[3], memory[Q[0]],  memory[Q[1]],  memory[Q[2]],  memory[Q[3]]);
                break;
            }
            else if (memory[j]==-1){//内存块为空
                memory[j]=page;
                S++;
                foundpage=1;
                //FIFO
                P[k]=j;
                k=(k+1)%4;
                //LRU
                Q[++tail]=j;
                printf("NO %3d: %3d suc     memory: %2d %2d %2d %2d      Queue: %d %d %d %d\n",i, seq_page[i], memory[0], memory[1], memory[2], memory[3], memory[Q[0]],  memory[Q[1]],  memory[Q[2]],  memory[Q[3]]);
                break;
            }
        }
        if (foundpage==0){//缺页情况
            //OPT(i);
            //FIFO(i);
            LRU(i);
            F++;
            printf("NO %3d: %3d fat     memory: %2d %2d %2d %2d      Queue: %d %d %d %d\n",i, seq_page[i], memory[0], memory[1], memory[2], memory[3], memory[Q[0]],  memory[Q[1]],  memory[Q[2]],  memory[Q[3]]);    
        }
    }
    f=(double)F/(S+F);
    printf("success %3d, fault %3d, total %3d, page fault rate %.2lf.\n", S, F, S+F, f);
    return 0;
}