原创
最近操作系统实习，写了先进先出算法（FIFO）的代码来实现页面置换。
题目阐述如下：
设计四:页面置换
设计目的：
加深对请求页式存储管理实现原理的理解，掌握页面置换算法。
设计内容:
设计一个程序，有一个虚拟存储区和内存工作区，实现下述三种算法中的任意两种，计算访问命中率
（命中率=1-页面失效次数/页地址流长度）。附加要求：能够显示页面置换过程。算法包括：先进先出的
算法（FIFO）、最少使用算法（LFU）、最近未使用算法（NUR）该系统页地址流长度为320，页面失效
次数为每次访问相应指令时，该指令对应的页不在内存的次数。 程序首先用srand()和rand()函数分别进
行初始化、随机数定义和产生指令序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，并针对不同的算法计算
出相应的命中率。通过随机数产生一个指令序列。共320条指令，指令的地址按下述原则生成：
（1）50%的指令是顺序执行的。
（2）25%的指令是均匀分布在前地址部分。
（3）25%的指令是均匀分布在后地址部分。
具体的实施方法如下：
在【0，319】的指令地址之间随机选取一起点m。
顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令。
在前地址【0,m+1】中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为m’。
顺序执行一条指令，其地址为m’+1。
在后地址【m’+2,319】中随机选取一条指令并执行。
重复步骤（1）-（5），直到320次指令。
将指令序列变换为页地址流。
设：
页面大小为1KB。
用户内存容量4页到32页。（动态变化）
用户虚存容量为32KB。（32页）
在用户虚存中，按每K存放10条指令虚存地址，即320条指令在虚存中的存放方式为：
第0条～9条指令为第0页（对应虚存地址为【0，9】）。
第10条～19条指令为第1页（对应虚存地址为【10，19】）。
……
第310条～319条指令为第31页（对应虚拟地址为【310，319】）。
按以上方式，用户指令可组成32页。
计算每种算法在不同内存容量下的命中率。
分页管理是这样的，将内存和作业分成大小相等的页块，作业中的每个页块在不需要被使用时存放在外存中（虚拟存储区），
当需要使用时将其从外存调入内存页块中；根据题意，在外存中的页面顺序存储着指令，需要执行哪一条指令就找到其对应的
页面，若页面已在内存则无需再操作，否则此页面缺页，需要将其调入内存，当内存块未满时，只需要直接将其插入内存块中
若内存块已满，则需要调用先进先出算法淘汰出一个页面（将其调回外存），再将此页面调入。
首先通过 rand 函数和 srand 函数产生320条指令，计算每条指令对应的页面很简单，只需要将指令/10即可；得到页地址流后
（页地址流存放在数组中），从头到尾访问一遍页地址流，每访问一个页面就判断其是否已经在内存中，在无需操作，不在则
将其（使用FIFO）调入内存。
FIFO：在页面缺页并且内存块不足时，只需要将内存块中原先的页面依次淘汰即可。
假设页地址流为：1 2 3 5 4 3 8 11 12 6（内存块大小为 3 ）
1 2 3 进入内存
5 2 3 1被调出
5 4 3 2被调出
5 4 3 命中
5 4 8 3被调出（形成一个循环）
11 4 8 5被调出
11 12 8 4被调出
11 12 6 8被调出（形成一个循环）
只要为内存块编号（不是为页面编号），用一个变量（初值为1）作为指针，此变量指向的内存块，就是被FIFO选中需要调出的
内存块，调出后变量+1，当变量大于内存块数时，再将其置为1（循环）。
#include<stdio.h> #include<time.h> #include<stdlib.h> #define max_page 10 //内存页面数 int Page[320]={0}; //虚拟存储区,存储320条指令,32个页面 int Page_flu[320]={0}; //存储320个页地址流 int count=0; //计算随机产生的指令条数 double lack_page=0; //记录缺页数 int count_page=max_page; //计算队列空页面个数 int circle=1; //在队列中循环指向被调出的进程 struct Memo{ //用结构体存储内存页面块 int num; //给每个页面编号,方便将其从队列中找到并调出 int a; struct Memo *next; }; int Judge_Page(int value){ //输入指令,返回指令对面的页面号 return value/10; } int scan_queen(struct Memo *hear,int value){ //value代表页面号,扫描队列,缺页返回0,否则返回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){ //输出内存页面 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){ //将页面value调入内存,ZL为对应指令 if(count_page>=1){ //内存页面空间充足 struct Memo *move; move=hear->next; while(move->a!=-1){ move=move->next; } move->a=value; //将页面调入 count_page--; printf("页面 %d 被调入————对应指令为: %d \n",value,ZL); } else{ //内存空间不足，调出最先进入的页面后，将页面value后调入 struct Memo *move; move=hear->next; while(move->num!=circle){ //circle存储的是需要调出的页面编号 move=move->next; } printf("页面 %d 被调出,页面 %d 被调入————指令为: %d \n",move->a,value,ZL); move->a=value; //将页面调入 circle++; if(circle==max_page+1){ //当circle>max_page+1时,最先进入的页面为队列首页面 circle=1; } } print(hear); //调入后输出内存队列 } void FIFO(struct Memo *hear){ int i=0; for(i=0;i<=319;i++){ //循环扫描页面 if( scan_queen(hear,Page_flu[i])==0){ //判断是否缺页 lack_page++; insert(hear,Page_flu[i],Page[i]); //缺页将页面调入内存 } else{ //不缺页 printf("指令 %d 对应页面 %d 已在内存\n",Page[i],Page_flu[i]); } //不缺页无需操作 } } void Pro_Page(){ //形成页地址流函数 int m=0; //在[0,319]的指令地址之间随机选取一起点m m=rand()%320; Page[count]=m; count++; if(count==320){ return; } int m_=0; //在前地址[0,m+1]中随机选取一条指令并执行 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]的指令地址之间随机选取一条指令并执行 Page[count]=m__; count++; if(count==320){ return; } Pro_Page(); } void Flu(){ //将指令转换为页地址流 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++){ //形成内存页面队列 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函数外面 Pro_Page(); //形成页地址流 Flu(); //形成页地址流 /* printf("页地址流：\n"); for(i=0;i<=319;i++){ //输出页地址流 printf("%d ",Page[i]); if(i%3==0 && i!=0){ printf("\n"); } } printf("\n"); */ //************************************* FIFO(hear); printf("缺页次数为： %0.0lf\n",lack_page); printf("命中率为：%lf\n",1-lack_page/320); return 0; }
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2018-05-19