C語言實現FIFO算法與LRU算法

      在操作系統中，當程序在運行過程中，若其所要訪問的頁面不再內存中而需要把他們調入內存，但內存已無空閑空間時，為了保證該進程能正常運行，系統必須從內存調出一頁程序或數據送磁盤的兌換區中。但哪一個頁面調出，須根據一定的算法確定。通常，把選擇換出頁面的算法稱為頁面置換算法（Page-Replacement Algorithms）.置換算法的好壞將直接影響到系統的性能。

   1) 先進先出(FIFO)頁面置換算法

       該算法總是淘汰最先進入內存的頁面,即選擇在內存中駐留時間最久的頁面予以淘汰。該算法實現簡單，只需把一個進程調入內存，按先后順序排成一個隊列，並設置一個指針，稱為替換指針，使他總能指向最老的頁面。但該算法與進程與實際運行的規律不相適應，效率最差。

  2) 最近最久為使用(LRU)算法

      LRU算法是根據頁面調入內存后的使用情況進行決策的。就是利用“最近的過去”作為“最近的將來”的近似，因此是將最近最久未使用的頁面予以淘汰。該算法賦予每一個頁面一個訪問字段，用來記錄一個頁面自上次被訪問以來所經歷的時間t,當淘汰一個頁面時，選擇現有頁面中t值最大的，及最近最久為使用的頁面予以淘汰。

   

#include <stdio.h>

#define PAGES 12  /*頁面引用頁數*/
#define M 3      /*當前分配給改作業的物理塊數*/
//#define M 4
/*頁面引用串*/
int page[PAGES] =  {4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5};
int rel[M][PAGES];   /*存儲結果數組*/
/*內存物理塊結構體*/
typedef struct{
  int pnum;     /*該塊中所存的頁面號*/
  int tm;       /*從最近一次調入所經歷的時間*/
}PBlock;
/*初始化物理塊數組*/
void init(PBlock *pb)
{
  int i,j;
  //pb = (PBlock*)malloc(sizeof(PBlock)*M);
  for(i=0;i<M;i++){
    pb[i].pnum = -1;
	pb[i].tm = -1;
	for(j=0;j<PAGES;j++){
	  rel[i][j] = -1;
	}
  }
}
/*打印結果數組*/
void printRelArr(int rel[M][PAGES])
{
  int i,j;
  for(i=0;i<M;i++){
    for(j=0;j<PAGES;j++){
      if(rel[i][j]==-1)
        printf("_ ");
      else
        printf("%d ",rel[i][j]);
    }
    printf("\n");
  }
}
/*打印一維數組*/
void printArr1(int *arr,int n)
{
    int i;
    for(i=0;i<n;i++){
      printf("%d ",arr[i]);
    }
    printf("\n");
}
/*查看頁面號為num的頁面是否在內存塊中,存在返回1*/
int in_mem(int num,PBlock *pb,int m)
{
  int i;
  int b = 0;
  for(i=0;i<m;i++){
	  if(pb[i].pnum == num){
	    b = 1;
		break;
	  }
  }
  return b;
}
/*FIFO 算法的實現,無需考慮時間*/
int fifo(PBlock *pb,int m)
{
  int lps=0;   /*缺頁次數*/
  double lpp;   /*缺頁率*/
  int p = 0;    /*替換指針*/
  int index =0;  /*頁面號索引*/
  while(index<PAGES){
	  if(!in_mem(page[index],pb,M)){    //如果該頁面不在物理塊中
	    pb[p].pnum = page[index];        /*將該頁面放入物理塊中*/
		p = (p+1)%M;                     /*替換指針移動*/
		lps++;                           /*卻也次數加 1*/
		for(int i=0;i<M;i++){
		  rel[i][index] = pb[i].pnum;
		}
	  }
	  index++;
  }
  printf("FIFO算法所得缺頁次數為 %d\n",lps);
  lpp = (double)lps/PAGES;
  printf("FIFO算法缺頁率為 %0.4lf \n",lpp);
  printf("頁面號序列為:\n");
  printArr1(page,PAGES);
  printf("結果數列為:\n");
  printRelArr(rel);
  return 0;
}
/*獲得最近最久的塊*/
int getP(PBlock *pb,int p)
{
  int i;
  bool out = true;  //
  for(i=0;i<M;i++){
	if(pb[i].tm == -1){
	  p = i;
	  out = false;
	  break;
	}
  }
  if(out){
    for(i=0;i<M;i++){
      if(pb[i].tm>pb[p].tm)
        p = i;
    }
  }
  return p;
}
int getEQnum(int num,PBlock *pb)
{
  int i;
  int in = -1;
  for(i=0;i<M;i++){
    if(pb[i].pnum == num){
      in = i;
      break;
    }
  }
  return in;
}
/*LRU算法*/
void lru(PBlock *pb,int m)
{
  int lps=0;   /*缺頁次數*/
  double lpp;   /*缺頁率*/
  int p = 0;    /*替換指針*/
  int index =0;  /*頁面號索引*/
  while(index<PAGES){
	  if(!in_mem(page[index],pb,m)){   /*如果頁面不在物理塊中*/
		p = getP(pb,p);
	    pb[p].pnum = page[index];
		pb[p].tm = 0;
        lps++;
        for(int i=0;i<M;i++){
          rel[i][index] = pb[i].pnum;
        }
	  }else{                         /*如果頁面在物理塊中*/
        int in = getEQnum(page[index],pb);  /*獲取該頁面在物理塊中的索引*/
          pb[in].tm = 0;
	  }
	  int i;
      for(i=0;i<M;i++){
		  if(i!=p&&pb[i].tm!=-1){
		    pb[i].tm++;
		  }
	  }
	  index++;
  }
  printf("LRU算法所得缺頁次數為 %d \n",lps);
  lpp = 1.0*lps/PAGES;
  printf("LRU算法缺頁率為: %0.4lf\n",lpp);
  printf("頁面號序列為:\n");
  printArr1(page,PAGES);
  printf("LRU結果數組為:\n");
  printRelArr(rel);
}
int main()
{
    //printArr(rel);
  PBlock pb[M];
  init(pb);
  fifo(pb,M);
  init(pb);
  lru(pb,M);
  return 0;
}