原創
最近操作系統實習，寫了先進先出算法（FIFO）的代碼來實現頁面置換。
題目闡述如下：
設計四:頁面置換
設計目的：
加深對請求頁式存儲管理實現原理的理解，掌握頁面置換算法。
設計內容:
設計一個程序，有一個虛擬存儲區和內存工作區，實現下述三種算法中的任意兩種，計算訪問命中率
（命中率=1-頁面失效次數/頁地址流長度）。附加要求：能夠顯示頁面置換過程。算法包括：先進先出的
算法（FIFO）、最少使用算法（LRU）、最近未使用算法（NUR）該系統頁地址流長度為320，頁面失效
次數為每次訪問相應指令時，該指令對應的頁不在內存的次數。 程序首先用srand()和rand()函數分別進
行初始化、隨機數定義和產生指令序列，然后將指令序列變換成相應的頁地址流，並針對不同的算法計算
出相應的命中率。通過隨機數產生一個指令序列。共320條指令，指令的地址按下述原則生成：
（1）50%的指令是順序執行的。
（2）25%的指令是均勻分布在前地址部分。
（3）25%的指令是均勻分布在后地址部分。
具體的實施方法如下：
在【0，319】的指令地址之間隨機選取一起點m。
順序執行一條指令，即執行地址為m+1的指令。
在前地址【0,m+1】中隨機選取一條指令並執行，該指令的地址為m’。
順序執行一條指令，其地址為m’+1。
在后地址【m’+2,319】中隨機選取一條指令並執行。
重復步驟（1）-（5），直到320次指令。
將指令序列變換為頁地址流。
設：
頁面大小為1KB。
用戶內存容量4頁到32頁。（動態變化）
用戶虛存容量為32KB。（32頁）
在用戶虛存中，按每K存放10條指令虛存地址，即320條指令在虛存中的存放方式為：
第0條～9條指令為第0頁（對應虛存地址為【0，9】）。
第10條～19條指令為第1頁（對應虛存地址為【10，19】）。
……
第310條～319條指令為第31頁（對應虛擬地址為【310，319】）。
按以上方式，用戶指令可組成32頁。
計算每種算法在不同內存容量下的命中率。
分頁管理是這樣的，將內存和作業分成大小相等的頁塊，作業中的每個頁塊在不需要被使用時存放在外存中（虛擬存儲區），
當需要使用時將其從外存調入內存頁塊中；根據題意，在外存中的頁面順序存儲着指令，需要執行哪一條指令就找到其對應的
頁面，若頁面已在內存則無需再操作，否則此頁面缺頁，需要將其調入內存，當內存塊未滿時，只需要直接將其插入內存塊中
若內存塊已滿，則需要調用先進先出算法淘汰出一個頁面（將其調回外存），再將此頁面調入。
首先通過 rand 函數和 srand 函數產生320條指令，計算每條指令對應的頁面很簡單，只需要將指令/10即可；得到頁地址流后
（頁地址流存放在數組中），從頭到尾訪問一遍頁地址流，每訪問一個頁面就判斷其是否已經在內存中，在無需操作，不在則
將其（使用FIFO）調入內存。
FIFO：在頁面缺頁並且內存塊不足時，只需要將內存塊中原先的頁面依次淘汰即可。
假設頁地址流為：1 2 3 5 4 3 8 11 12 6（內存塊大小為 3 ）
1 2 3 進入內存
5 2 3 1被調出
5 4 3 2被調出
5 4 3 命中
5 4 8 3被調出（形成一個循環）
11 4 8 5被調出
11 12 8 4被調出
11 12 6 8被調出（形成一個循環）
只要為內存塊編號（不是為頁面編號），用一個變量（初值為1）作為指針，此變量指向的內存塊，就是被FIFO選中需要調出的
內存塊，調出后變量+1，當變量大於內存塊數時，再將其置為1（循環）。
#include<stdio.h> #include<time.h> #include<stdlib.h> #define max_page 10 //內存頁面數 int Page[320]={0}; //虛擬存儲區,存儲320條指令,32個頁面 int Page_flu[320]={0}; //存儲320個頁地址流 int count=0; //計算隨機產生的指令條數 double lack_page=0; //記錄缺頁數 int count_page=max_page; //計算隊列空頁面個數 int circle=1; //在隊列中循環指向被調出的進程 struct Memo{ //用結構體存儲內存頁面塊 int num; //給每個頁面編號,方便將其從隊列中找到並調出 int a; struct Memo *next; }; int Judge_Page(int value){ //輸入指令,返回指令對面的頁面號 return value/10; } int scan_queen(struct Memo *hear,int value){ //value代表頁面號,掃描隊列,缺頁返回0,否則返回1 struct Memo *move; move=hear->next; while(move!=NULL){ if(move->a==value){ return 1; } move=move->next; } return 0; } void print(struct Memo *hear){ //輸出內存頁面 struct Memo *move; move=hear->next; while(move!=NULL){ printf("%d ",move->a); move=move->next; } printf("\n"); } void insert(struct Memo *hear,int value,int ZL){ //將頁面value調入內存,ZL為對應指令 if(count_page>=1){ //內存頁面空間充足 struct Memo *move; move=hear->next; while(move->a!=-1){ move=move->next; } move->a=value; //將頁面調入 count_page--; printf("頁面 %d 被調入————對應指令為: %d \n",value,ZL); } else{ //內存空間不足，調出最先進入的頁面后，將頁面value后調入 struct Memo *move; move=hear->next; while(move->num!=circle){ //circle存儲的是需要調出的頁面編號 move=move->next; } printf("頁面 %d 被調出,頁面 %d 被調入————指令為: %d \n",move->a,value,ZL); move->a=value; //將頁面調入 circle++; if(circle==max_page+1){ //當circle>max_page+1時,最先進入的頁面為隊列首頁面 circle=1; } } print(hear); //調入后輸出內存隊列 } void FIFO(struct Memo *hear){ int i=0; for(i=0;i<=319;i++){ //循環掃描頁面 if( scan_queen(hear,Page_flu[i])==0){ //判斷是否缺頁 lack_page++; insert(hear,Page_flu[i],Page[i]); //缺頁將頁面調入內存 } else{ //不缺頁 printf("指令 %d 對應頁面 %d 已在內存\n",Page[i],Page_flu[i]); } //不缺頁無需操作 } } void Pro_Page(){ //形成頁地址流函數 int m=0; //在[0,319]的指令地址之間隨機選取一起點m m=rand()%320; Page[count]=m; count++; if(count==320){ return; } int m_=0; //在前地址[0,m+1]中隨機選取一條指令並執行 m_=rand()%(m+1); Page[count]=m_; count++; if(count==320){ return; } Page[count]=m_+1; count++; if(count==320){ return; } int m__=0; m__=(m_+2)+rand()%( 319-(m_+2)+1 ); //在后地址[m_+2,319]的指令地址之間隨機選取一條指令並執行 Page[count]=m__; count++; if(count==320){ return; } Pro_Page(); } void Flu(){ //將指令轉換為頁地址流 int i=0; for(i=0;i<=319;i++){ Page_flu[i]=Judge_Page( Page[i] ); } } int main(){ struct Memo Stu[max_page+1]; struct Memo *hear; hear=&Stu[0]; //************************************* int i=0; for(i=0;i<=max_page;i++){ //形成內存頁面隊列 if(i==max_page){ Stu[i].a=-1; Stu[i].next=NULL; Stu[i].num=i; break; } Stu[i].next=&Stu[i+1]; Stu[i].a=-1; Stu[i].num=i; } //************************************* srand(time(0)); //放在Pro_Page函數外面 Pro_Page(); //形成頁地址流 Flu(); //形成頁地址流 /* printf("頁地址流：\n"); for(i=0;i<=319;i++){ //輸出頁地址流 printf("%d ",Page[i]); if(i%3==0 && i!=0){ printf("\n"); } } printf("\n"); */ //************************************* FIFO(hear); printf("缺頁次數為： %0.0lf\n",lack_page); printf("命中率為：%lf\n",1-lack_page/320); return 0; }
（運行結果部分截圖）
11:33:47
2018-05-19