操作系统实验代码-虚拟内存页面置换算法-C++实现_页面置换算法模拟实验c

文章来源：神风の九_操作系统实验-CSDN博客，原创内容，转载请注明！

一、实验内容

问题描述：

设计程序模拟先进先出FIFO、最佳置换OPI和最近最久未使用LRU页面置换算法的工作过程。假设内存中分配给每个进程的最小物理块数为m，在进程运行过程中要访问的页面个数为n，页面访问序列为P1, … ,Pn，分别利用不同的页面置换算法调度进程的页面访问序列，给出页面访问序列的置换过程，计算每种算法缺页次数和缺页率。

程序要求：

1）利用先进先出FIFO、最佳置换OPI和最近最久未使用LRU三种页面置换算法模拟页面访问过程。

2）模拟三种算法的页面置换过程，给出每个页面访问时的内存分配情况。

3）输入：最小物理块数m，页面个数n，页面访问序列P1, … ,Pn，算法选择1-FIFO，2-OPI，3-LRU。

4）输出：每种算法的缺页次数和缺页率。

二、程序主要构成说明

1.判断页面是否存在内存中，遍历内存队列，如果命中，返回true，未命中返回false

2.初始化内存空间和就绪队列，设置测试集

3.FIFO算法，根据队列顺序，判断下一个页面是否命中

4.LRU算法，每次命中时，需要将内存中命中的页面移动到内存队列的尾部。

5.OPT算法，每当下一个页面到来时，都要遍历之后的页面，根据内存中已存在的页面，判断需要替换的是内存中的哪一个页面

三、完整代码

#include<iostream>
#include<queue>
#include<algorithm>
using namespace std;
 
int input[20] = {4, 3, 2, 1, 4, 3, 5, 4, 3, 2, 1, 5, 6, 2, 3, 7, 1, 2, 6, 1};
queue<int>fifo;
queue<int>lru;
int curOpt[3] = {-1, -1, -1};
bool isopt[3] = {false, false, false}; 
int OPTRes[20];
int optCount = 0;
bool isExist(int index) {
	int len = fifo.size();
	bool flag = false;
   	for(int i = 0; i < len; i++) {
		if(input[index] == fifo.front()) { 
      		flag = true;
		}
		fifo.push(fifo.front());
		fifo.pop();
   }
   return flag;
}
 
void printQueue() {
	int len = fifo.size();
   	for(int i = 0; i < len; i++) {
		cout<<fifo.front()<<" ";
		fifo.push(fifo.front());
		fifo.pop();
	} 
   cout<<endl;
}
 
bool isLRUExist(int index) {
	int len = lru.size();
	bool flag = false;
	int temp = 0;
   	for(int i = 0; i < len; i++) {
		if(input[index] == lru.front()) {
			//从当前位置移动到队列尾 
			temp = input[index];
      		flag = true; 
      		lru.pop();
      		continue;
		}
		lru.push(lru.front());
		lru.pop();
   } 
   if(flag) {
   	lru.push(temp);
   }
   return flag;
}
 
void printLRUQueue() {
	int len = lru.size();
   	for(int i = 0; i < len; i++) {   //myqueue_size 必须是固定值
		cout<<lru.front()<<" ";
		lru.push(lru.front());
		lru.pop();
	} 
   cout<<endl;
}
 
bool isInOptQueue(int num) {
	int len = 3;
	bool flag = false;
	for(int i = 0; i < len; i++) {
		if(curOpt[i] == num) {
			return true;
		}
	}
	return flag;
}
 
void printCurOptQueue() {
	for(int i = 0; i < 3; i++) {
		cout<<curOpt[i]<<" ";
	}
	cout<<endl;
}
 
void changeOpt(int num, int index) {
	int count = 0;
	int temp[3];
//	if(index == 18)	cout<<"!!";
	for(int i = index; i < 20; i++) {
		for(int j = 0; j < 3; j++) {
			if(count == 2) {
				if(temp[0] != curOpt[0] && temp[1] != curOpt[0]) {
//					cout<<"sss"<<curOpt[0]<<" "<<temp[0]<<endl;
					curOpt[0] = num;
					OPTRes[optCount++] = num;
					return;
				}
				if(temp[0] != curOpt[1] && temp[1] != curOpt[1]) {
					curOpt[1] = num;
					OPTRes[optCount++] = num;
					return;
				}
				if(temp[0] != curOpt[2] && temp[1] != curOpt[2]) {
					curOpt[2] = num;
					OPTRes[optCount++] = num;
					return;
				}
				return;
			}
			if(input[i] == curOpt[j]) {
				temp[count] = input[i];
				count++;
			}
		}
	}
	curOpt[0] = num;
	OPTRes[optCount++] = num;
}
 
int main() {
	//FIFO算法 
	int len = 20;
	int fifoRes[20];
	int count = 0;
	cout<<"FIFO算法"<<endl;
	cout<<"内存中存在的页面"<<endl;
	for(int i = 0; i < len; i++) {
		printQueue();
		if(isExist(i)) {
			continue;
		}
		if(fifo.size() == 3) {
			fifo.pop();
		}
		fifo.push(input[i]);
		fifoRes[count++] = input[i];
	}
	cout<<"调入队列为：";
	for(int i = 0; i < count; i++) {
		cout<<fifoRes[i]<<" ";
	}
	cout<<endl<<"缺页率为："<<count * 1.0 / len;
	
	//LRU算法 
	int LRURes[20];
	count = 0;
	cout<<endl<<endl<<"LRU算法"<<endl;
	cout<<"内存中存在的页面"<<endl;
	for(int i = 0; i < len; i++) {
		printLRUQueue();
		if(isLRUExist(i)) {
			continue;
		}
		if(lru.size() == 3) {
			lru.pop();
		}
		lru.push(input[i]);
		LRURes[count++] = input[i];
	}
	cout<<"调入队列为：";
	for(int i = 0; i < count; i++) {
		cout<<LRURes[i]<<" ";
	}
	cout<<endl<<"缺页率为："<<count * 1.0 / len;
	
	//OPT算法
	
	cout<<endl<<endl<<"OPT算法"<<endl;
	for(int i = 0; i < 3; i++) {
		curOpt[i] = input[i];
		OPTRes[optCount++] = input[i];
		printCurOptQueue();
	}
	for(int i = 3; i < len; i++) {
		if(i != 3) {
			printCurOptQueue();
		}
		if(isInOptQueue(input[i])) {
			continue;
		}
		changeOpt(input[i], i);
	}
	
	printCurOptQueue();
	cout<<"调入队列为：";
	for(int i = 0; i < optCount; i++) {
		cout<<OPTRes[i]<<" ";
	}
	cout<<endl<<"缺页率为："<<optCount * 1.0 / len<<endl;
	system("pause");
	return 0;
}

四、运行结果

测试数据集

1、FIFO算法

2.LRU算法

3.OPT算法

五、总结

1.FIFO算法

循环遍历页面，根据输入的队列，循环走一遍，直到都遍历完，先判断页面是否在内存中（也就是是否命中），如果命中了，则跳过，如果没有命中，则寻找内存中最早进入的页面，进行替换。

2.LRU算法

LRU和FIFO的不同点在于，LRU需要把根据命中的页面，对原先队列中的页面位置进行改变。大致流程如下，循环遍历页面走向列表，直到都遍历完，先判断页面是否在内存中（是否命中），如果在，则把内存中该页面的进入时间清0，其他页面时间增加1，如果不在，则寻找内存中最早进入的页面，进行替换，其他页面时间增加1。

3.OPT算法

由于在实际中，不能预知下一个到来的是哪一个页面，因此OPT算法不能用于实际开发，OPT算法虽然不能在实际中应用，但是可以模拟页面命中的性能。效率循环遍历页面走向列表，直到都遍历完，先判断页面是否在内存中（是否命中），如果在，则命中跳过，如果不在，则寻找内存中在后面序列中最晚使用的页面，然后进行替换。