操作系統——頁面調度算法

在之前系列的博客中介紹了頁面調度算法的原理：

https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/11700301.html#_label2_3

這里編寫代碼模擬一些頁面調度算法的實現。

 

（1）最佳淘汰算法——OPT(Optimal)
這是Belady貝萊迪於1966年提出的一種理論上的算法。該算法每次都淘汰以后
永不使用的，或者過最長的時間后才會被訪問的頁面。顯然，采用這種算法會保證最低的缺頁率，但它是無法實現的，因為它必須知道頁面“將來”的訪問情況。不過，該算法仍有一定意義，可作為衡量其他算法優劣的一個標准。
（2）先進先出淘汰算法——FIFO
這是最早出現的淘汰算法。
總是淘汰最先進入內存的頁面。它實現簡單，只需把進程中已調入內存的頁面，按先后次序鏈成一個隊列，並設置一個所謂的替換指針，使它總是指向內存中最老的頁面。
（3） 最近最久未使用算法——(LRU, Least Recently Used）
根據頁面調入內存后的使用情況，選擇內存中最久未使用的頁面被置換。這是局部性原理的合理近似，性能接近最佳算法。
OPT算法使用頁面將要被訪問的時間，LRU算法使用頁面最后一次被訪問的時間。二者唯一的差別是：OPT是向前看的，而LRU是向后看的。

#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
using namespace std;
int N;//進程虛頁數
int M;//內存塊個數
int page[100];//進程虛頁
int block[100];//內存塊
int weight[100];//當前內存塊在后面出現的次數
int success;//命中次數
int fail;//未命中次數
void FIFO()
{
    int i,j;
    int flag;
    int pos=0;
    int success=0;
    int fail=0;
    for(i=0; i<N; i++)
    {
        flag =0;
        for(j=1; j<=M; j++)
        {
            if(page[i]==block[j])//命中
            {
                flag=1;
                success++;
                pos--;
                break;
            }
        }
        if(flag==0)
        {
            fail++;
            block[pos%M+1]=page[i];
        }
        pos++;
        for(j=1; j<=M; j++)
        {
            printf("%d ",block[j]);
        }
        printf("\n");
    }
    printf("命中次數為：%d\n",success);
    printf("未命中次數為：%d\n",fail);

}
void OPT()
{
    int i,j,k;
    int flag;
    int success=0;
    int fail=0;
    int needReplace;
    for(i=0; i<N; i++)
    {
        flag=0;
        for(j=1; j<=M; j++)
        {
            if(page[i]==block[j])//命中
            {
                flag=1;
                success++;
            }
        }
        if(flag==0)//未命中
        {
            fail++;
            for(j=1; j<=M; j++) //若內存塊未滿，先將內存塊填滿
            {
                if(block[j]==0)
                {
                    block[j]=page[i];
                    break;
                }
            }
            int minCnt=100;
            memset(weight,0,sizeof(weight));
            if(j>M)//若內存塊已滿，需要進行調度
            {
                for(k=i+1; k<N; k++) //向后
                {
                    for(j=1; j<=M; j++)
                    {
                        if(block[j]==page[k])
                        {
                            weight[j]=N-k;//越靠近，權值越大
                            break;
                        }
                    }
                }
                for(j=1; j<=M; j++) //找權值最小的那一個
                {
                    if(weight[j]<=minCnt)
                    {
                        minCnt=weight[j];
                        needReplace=j;
                    }
                }
                block[needReplace]=page[i];//替換掉權值最小的
            }
        }
        for(j=1; j<=M; j++)
        {
            printf("%d ",block[j]);
        }
        printf("\n");
    }
    printf("命中次數為：%d\n",success);
    printf("未命中次數為：%d\n",fail);
}
void LRU()
{
    int i,j;
    int flag;
    int success=0;
    int fail=0;
    int needReplace;
    for(i=0; i<N; i++)
    {
        flag=0;
        for(j=1; j<=M; j++)
        {
            if(page[i]==block[j])//命中
            {
                flag=1;
                success++;
            }
        }
        if(flag==0)//未命中
        {
            fail++;
            for(j=1; j<=M; j++) //現將內存塊填滿
            {
                if(block[j]==0)
                {
                    block[j]=page[i];
                    break;
                }
            }
            if(j>M)//內存塊已滿，需要進行調度
            {
                //向前找,需要替換的頁面為i-M
                needReplace=page[i-M];
                for(j=1; j<=M; j++)
                {
                    if(block[j]==needReplace)//找到后替換掉
                    {
                        block[j]=page[i];
                        break;
                    }
                }
            }
        }
        for(j=1; j<=M; j++)
        {
            printf("%d ",block[j]);
        }
        printf("\n");
    }
    printf("命中次數為：%d\n",success);
    printf("未命中次數為：%d\n",fail);
}
int main()
{
    printf("請輸入進程執行時頁面訪問個數：\n");
    scanf("%d",&N);
    printf("請輸入空閑內存塊的個數：\n");
    scanf("%d",&M);
    printf("請輸入進程執行時頁面訪問次序：\n");
    memset(page,0,sizeof(page));
    memset(block,0,sizeof(block));
    int i;
    int needReplace;
    for(i=0; i<N; i++)
    {
        scanf("%d",&page[i]);
    }
    printf("采用最佳淘汰算法OPT:\n");
    OPT();
    memset(block,0,sizeof(block));
    printf("采用先進先出淘汰算法FIFO:\n");
    FIFO();
    memset(block,0,sizeof(block));
    printf("采用最近最久未使用淘汰算法LRU:\n");
    LRU();
    return 0;
}
/*
12
3
2
3
2
1
5
2
4
5
3
2
5
2
*/