操作系统课程设计-页面置换算法C语言

26-操作系统课程设计-页面置换算法C语言页面置换算法的演示一．题目要求：设计一个虚拟存储区和内存工作区，编程序演示下述算法的具体实现过程，并计算访问命中率：要求设计主界面以灵活选择某算法，且以下算法都要实现1)最佳置换算法(OPT)：将以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面换出。2)先进先出算法(FIFO)：淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。3)最近最久未使用算法(LRU)：淘汰最近最久未被使用的页面。4)最不经常使用算法(LFU)二．实验目的：1、用C语言编写OPT、FIFO、LRU，LFU四种置换算法。2、熟悉内存分页管理策略。3、了解页面置换的算法。4、掌握一般常用的调度算法。5、根据方案使算法得以模拟实现。6、锻炼知识的运用能力和实践能力。三．相关知识：1．虚拟存储器的引入：局部性原理：程序在执行时在一较短时间内仅限于某个部分；相应的，它所访问的存储空间也局限于某个区域，它主要表现在以下两个方面：时间局限性和空间局限性。2．虚拟存储器的定义：虚拟存储器是只具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。3．虚拟存储器的实现方式：分页请求系统，它是在分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页面形式虚拟存储系统。请求分段系统，它是在分段系统的基础上，增加了请求调段及分段置换功能后，所形成的段式虚拟存储系统。4．页面分配： 平均分配算法，是将系统中所有可供分配的物理块，平均分配给各个进程。按比例分配算法，根据进程的大小按比例分配物理块。考虑优先的分配算法，把内存中可供分配的所有物理块分成两部分：一部分按比例地分配给各进程；另一部分则根据个进程的优先权，适当的增加其相应份额后，分配给各进程。5．页面置换算法：常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。四．设计思想：选择置换算法，先输入所有页面号，为系统分配物理块，依次进行置换：OPT基本思想：是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序列，memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。数组next[mSIZE]记录物理块中对应页面的最后访问时间。每当发生缺页时，就从物理块中找出最后访问时间最大的页面，调出该页，换入所缺的页面。【特别声明】若物理块中的页面都不再使用，则每次都置换物理块中第一个位置的页面。FIFO基本思想：是用队列存储内存中的页面，队列的特点是先进先出，与该算法是一致的，所以每当发生缺页时，就从队头删除一页，而从队尾加入缺页。或者借助辅助数组time[mSIZE]记录物理块中对应页面的进入时间，每次需要置换时换出进入时间最小的页面。LRU基本思想：是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序列，memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。数组flag[10]标记页面的访问时间。每当使用页面时，刷新访问时间。发生缺页时，就从物理块中页面标记最小的一页，调出该页，换入所缺的页面。五．流程图：如下页所示将页号放入物理块中，编号加1将页号放入物理块中，编号加1引用串编号大于物理块数?载入页号序列，从第0个得到页号开始页号在物理块中?根据选择的置换算法完成置换页号序列载完?结束是否是是是是六．源代码： 如下页所示【使用C语言】#include<stdio.h>#include<stdlib.h>/*全局变量*/intmSIZE;/*物理块数*/intpSIZE;/*页面号引用串个数*/staticintmemery[10]={0};/*物理块中的页号*/staticintpage[100]={0};/*页面号引用串*/staticinttemp[100][10]={0};/*辅助数组*//*置换算法函数*/voidFIFO();voidLRU();voidOPT();/*辅助函数*/voidprint(unsignedintt);voiddesignBy();voiddownload();voidmDelay(unsignedintDelay);/*主函数*/voidmain(){inti,k,code; system("color0A"); designBy(); printf("┃请按任意键进行初始化操作...┃\n"); printf("┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛\n"); printf(">>>"); getch(); system("cls"); system("color0B"); printf("请输入物理块的个数(M<=10)："); scanf("%d",&mSIZE); printf("请输入页面号引用串的个数(P<=100)："); scanf("%d",&pSIZE); puts("请依次输入页面号引用串(连续输入，无需隔开)："); for(i=0;i<pSIZE;i++)scanf("%1d",&page[i]); download(); system("cls"); system("color0E");do{ puts("输入的页面号引用串为："); for(k=0;k<=(pSIZE-1)/20;k++) { for(i=20*k;(i<pSIZE)&&(i<20*(k+1));i++) { if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1))) printf("%d\n",page[i]); else printf("%d",page[i]); } } printf("***********************\n");printf("*请选择页面置换算法：\t\t\t*\n"); printf("**\n");printf("*1.先进先出(FIFO)2.最近最久未使用(LRU)*\n"); printf("*3.最佳(OPT)4.退出*\n"); printf("***********************\n");printf("请选择操作：[]\b\b");scanf("%d",&code);switch(code){case1:FIFO();break;case2:LRU();break;case3:OPT();break;case4: system("cls"); system("color0A"); designBy();/*显示设计者信息后退出*/ printf("┃谢谢使用页面置换算法演示器!正版授权㊣┃\n"); printf("┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛\n");exit(0); default: printf("输入错误，请重新输入：");} printf("按任意键重新选择置换算法：>>>"); getch(); system("cls");}while(code!=4); getch();}/*载入数据*/voiddownload(){ inti; system("color0D"); printf("╔════════════╗\n"); printf("║正在载入数据，请稍候!!!║\n"); printf("╚════════════╝\n"); printf("Loading...\n"); printf("O"); for(i=0;i<51;i++) printf("\b"); for(i=0;i<50;i++) { mDelay((pSIZE+mSIZE)/2); printf(">"); } printf("\nFinish.\n载入成功，按任意键进入置换算法选择界面：>>>"); getch();}/*设置延迟*/voidmDelay(unsignedintDelay){unsignedinti;for(;Delay>0;Delay--) { for(i=0;i<124;i++) { printf("\b"); } }}/*显示设计者信息*/voiddesignBy(){ printf("┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓\n"); printf("┃㊣课题三：页面置换算法㊣┃\n"); printf("┃学号：081001117┃\n"); printf("┃姓名：邢磊<VisualC++6.0>┃\n"); printf("┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫\n");}voidprint(unsignedintt){ inti,j,k,l; intflag; for(k=0;k<=(pSIZE-1)/20;k++) { for(i=20*k;(i<pSIZE)&&(i<20*(k+1));i++) { if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1))) printf("%d\n",page[i]); else printf("%d",page[i]); } for(j=0;j<mSIZE;j++) { for(i=20*k;(i<mSIZE+20*k)&&(i<pSIZE);i++) { if(i>=j) printf("|%d|",temp[i][j]); else printf("||"); } for(i=mSIZE+20*k;(i<pSIZE)&&(i<20*(k+1));i++) { for(flag=0,l=0;l<mSIZE;l++) if(temp[i][l]==temp[i-1][l]) flag++; if(flag==mSIZE)/*页面在物理块中*/ printf(""); else printf("|%d|",temp[i][j]); } /*每行显示20个*/ if(i%20==0) continue; printf("\n"); } } printf("\n"); printf("缺页次数：%d\t\t",t+mSIZE); printf("缺页率：%d/%d\n",t+mSIZE,pSIZE); printf("置换次数：%d\t\t",t); printf("访问命中率：%d%%\n",(pSIZE-(t+mSIZE))*100/pSIZE); printf("\n"); }/*计算过程延迟*/voidcompute(){ inti; printf("正在进行相关计算，请稍候"); for(i=1;i<20;i++) { mDelay(15); if(i%4==0) printf("\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b"); else printf("Θ"); } for(i=0;i++<30;printf("\b")); for(i=0;i++<30;printf("")); for(i=0;i++<30;printf("\b"));}/*先进先出页面置换算法*/voidFIFO(){intmemery[10]={0};inttime[10]={0};/*记录进入物理块的时间*/inti,j,k,m;intmax=0;/*记录换出页*/intcount=0;/*记录置换次数*/ /*前mSIZE个数直接放入*/for(i=0;i<mSIZE;i++){memery[i]=page[i];time[i]=i;for(j=0;j<mSIZE;j++) temp[i][j]=memery[j];}for(i=mSIZE;i<pSIZE;i++){ /*判断新页面号是否在物理块中*/for(j=0,k=0;j<mSIZE;j++){if(memery[j]!=page[i])k++;}if(k==mSIZE)/*如果不在物理块中*/{count++; /*计算换出页*/max=time[0]<time[1]?0:1; for(m=2;m<mSIZE;m++) if(time[m]<time[max]) max=m;memery[max]=page[i];time[max]=i;/*记录该页进入物理块的时间*/for(j=0;j<mSIZE;j++) temp[i][j]=memery[j];}else{for(j=0;j<mSIZE;j++) temp[i][j]=memery[j];}} compute(); print(count);}/*最近最久未使用置换算法*/voidLRU(){intmemery[10]={0};intflag[10]={0};/*记录页面的访问时间*/inti,j,k,m;intmax=0;/*记录换出页*/intcount=0;/*记录置换次数*/ /*前mSIZE个数直接放入*/for(i=0;i<mSIZE;i++){memery[i]=page[i];flag[i]=i;for(j=0;j<mSIZE;j++) temp[i][j]=memery[j];}for(i=mSIZE;i<pSIZE;i++){ /*判断新页面号是否在物理块中*/for(j=0,k=0;j<mSIZE;j++){if(memery[j]!=page[i])k++;else flag[j]=i;/*刷新该页的访问时间*/}if(k==mSIZE)/*如果不在物理块中*/{count++; /*计算换出页*/max=flag[0]<flag[1]?0:1; for(m=2;m<mSIZE;m++) if(flag[m]<flag[max]) max=m;memery[max]=page[i];flag[max]=i;/*记录该页的访问时间*/for(j=0;j<mSIZE;j++) temp[i][j]=memery[j];}else{for(j=0;j<mSIZE;j++) temp[i][j]=memery[j];}} compute(); print(count);}/*最佳置换算法*/voidOPT(){intmemery[10]={0};intnext[10]={0};/*记录下一次访问时间*/inti,j,k,l,m;intmax;/*记录换出页*/intcount=0;/*记录置换次数*/ /*前mSIZE个数直接放入*/for(i=0;i<mSIZE;i++){memery[i]=page[i];for(j=0;j<mSIZE;j++) temp[i][j]=memery[j];}for(i=mSIZE;i<pSIZE;i++){ /*判断新页面号是否在物理块中*/for(j=0,k=0;j<mSIZE;j++){