操作系统页面置换算法模拟

一．实验目的

 

通过模拟实现请求页式存储管理的几种基本页面置换算法，了解虚拟存储技术的特点，掌握虚拟存储请求页式存储管理中几种基本页面置换算法的基本思想和实现过程，并比较它们的效率。

二．实验内容

设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用下述算法计算访问命中率。

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;
}

 

END