C語言實現頁面置換算法(FIFO、LRU)

#include<iostream>
#include<process.h>
#include<stdlib.h>
#include<ctime>
#include<conio.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
using namespace std;

#define Myprintf printf("|---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---|\n")/*表格控制*/
#define bsize 4 //物理塊大小
#define psize 16 //進程大小
 void chushihua();//初始化函數
 void ymzh();
 void yemianzhihuan ();
 void changeaddr(struct Page p[], int logaddr);
 void dizhizhuanhuan();
 void menu();
 int wang();

 int yemianliu[32]={0};//全局變量數組,地址流
 int p;
 struct Page  {
     int pno;//頁號
     int flag;//標志位
     int cno;//主存號
     int modf;//修改位
     int addr;//外存地址
}Page;  //全局變量p是一共有多少地址流

 typedef struct pagel
 {
     int num; /*記錄頁面號*/
     int time;  /*記錄調入內存時間*/
 }Pagel;  /*頁面邏輯結構,方便算法實現*/

 Pagel b[bsize]; /*內存單元數*/
 int c[bsize][psize];/*保存內存當前的狀態:緩沖區*/
 int queue[100];/*記錄調入隊列*/
 int k;/*調入隊列計數變量*/
 int phb[bsize]={0};//物理塊標號
 int pro[psize]={0};//進程序列號
 int flag[bsize]={0};//進程等待次數(存放最久未被使用的進程標志)*/
 int i=0,j=0;//i表示進程序列號,j表示物理塊號*/
 int m =-1,n =-1;//物理塊空閑和進程是否相同判斷標志*/
 int mmax=-1, maxflag=0;//標記替換物理塊進程下標*/
 int count =0; //統計頁面缺頁次數

 void chushihua() //初始化函數
{
     int t;
     srand(time(0));//隨機產生指令序列
         p=12+rand()%32;
     cout<<"地址流序列:";
     cout<<endl;
     for(i=0; i<p; i++)
     {
         t=1+rand()%9;
         yemianliu[i]=t;//將隨機產生的指令數存入頁面流
    }
    for (i=p-1;i>=0;i--)
    {
        cout<<yemianliu[i]<<" ";
    }
    cout<<endl;
}
void ymzh()
{
    chushihua();
     yemianzhihuan();
}

 void yemianzhihuan()
 {
      int a;
     printf("----------------------------------\n");
     printf("☆☆歡迎使用分頁模擬實驗系統☆☆\n");
     printf("----------------------------------");
     printf("☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆\n");
     printf("☆☆1.進入硬件地址變換算法  ☆☆\n");
     printf("☆☆------------------------☆☆\n");
     printf("☆☆2.進入頁面置換算法      ☆☆\n");
     printf("☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆\n");
     printf("請輸入您的選擇:");
 switch(a)
 {
     case 1:
         ymzh();
         break;
     case 2:
         wang();
         break;
     default:
     cout<<"輸入有誤,請重新輸入!"<<endl;
     break;
 }
}

 void changeaddr(struct Page p[], int logaddr){//地址變換
     int j=logaddr/64;//對應的塊號
     int k=logaddr%64; //對應的偏移量
     int flag=0;
     int addr;
     for(int i=0;i<8;i++)
     {
        if(p[i].pno==j)//找到對應的頁號
        {
            if(p[i].flag==1)//頁面標志為1
            {
             addr=p[i].cno*64+k;
             cout<<"物理地址為:"<<addr<<endl;
             cout<<"詳細信息:"<<"\t頁面號:"<<p[i].pno<<"\t 主存號："<<p[i].cno<<"\t偏移量:"<<k<<endl;
             flag=1;
             break;
            }
        }
    }

        if(flag==0)
            cout<<"該頁不在主存,產生缺頁中斷"<<endl;
    }

 void dizhizhuanhuan()
 {
     int a;
     int ins;//指令邏輯地址
     struct Page p[8];
    p[0].pno=0;p[0].flag=1;p[0].cno=5;p[0].modf=1;p[0].addr=011;
    p[1].pno=1;p[1].flag=1;p[1].cno=8;p[1].modf=1;p[1].addr=012;
    p[2].pno=2;p[2].flag=1;p[2].cno=9;p[2].modf=0;p[2].addr=013;
    p[3].pno=3;p[3].flag=1;p[3].cno=10;p[3].modf=0;p[3].addr=015;
    p[4].pno=4;p[4].flag=0;p[4].addr=017;
    p[5].pno=5;p[5].flag=0;p[5].addr=025;
    p[6].pno=6;p[6].flag=0;p[6].addr=212;
    p[7].pno=7;p[7].flag=0;p[7].addr=213;
     printf("\t\t\t--------------------------------\n");
     printf("\t\t\t☆☆歡迎使用分頁模擬實驗系統☆☆\n");
     printf("\t\t\t---------------------------------\n");
     printf("\t\t\t☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆1.輸入指令              ☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆------------------------☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆2.進入頁面置換算法      ☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆------------------------☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆0.EXIT                  ☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆\n");
 while(a!=0)
 {
    cout<<endl<<"請輸入您的選擇:";
     cin>>a;

    cout<<"頁號"<<"標記位"<<"外存地址"<<"主存號"<<endl;
     for(int i=0;i<8;i++)
     {
         cout<<p[i].pno<<"\t"<<p[i].flag<<"\t"<<p[i].addr<<"\t";
         if(p[i].flag)
         cout<<p[i].cno;
         cout<<endl;
    }

 switch(a)
 {
     case 0:printf("\t\t\t再見!\t\t\t\n"); break;
     case 1:
         cout<<"請輸入指令的邏輯地址:";
         cin>>ins;
         changeaddr(p, ins);break;
     case 2: system("CLS"); a=wang();break;
     default:cout<<"輸入有誤,請重新輸入!"<<endl;break;
    }
}
}

 void menu()
 {
 int a;
     printf("\t\t\t--------------------------------\n");
     printf("\t\t\t☆☆歡迎使用分頁模擬實驗系統☆☆\n");
     printf("\t\t\t---------------------------------\n");
     printf("\t\t\t☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆1.輸入指令              ☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆------------------------☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆2.進入頁面置換算法      ☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆------------------------☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆0.EXIT                  ☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆\n");
     printf("請選擇所要執行的操作:");
     scanf("%d",&a);
     switch(a)
     {
     case 0: printf("\t\t\t-再見!-\t\t\t\n");break;
     case 1: dizhizhuanhuan (); break;
     case 2: wang (); break;
     default:cout<<"輸入有誤,請重新輸入!"<<endl;break;
    }
}
int main()
 {
     menu();
}

//****************隨機產生序列號函數
 int* build()
 {
     printf("隨機產生一個進程序列號為:\n");
     int i=0;
     for(i=0; i<psize; i++)
     {
         pro[i]=10*rand()/(RAND_MAX+1)+1;
         printf("%d ", pro[i]);
}
     printf("\n");
     return(pro);
}

//***************************************查找空閑物理塊
 int searchpb()
 {
     for (j=0;j<bsize; j++)
     {
         if(phb[j] == 0)
         {
               m=j;
             return m;
             break;
        }
    }
     return -1;
}
//************************************查找相同進程
 int searchpro()
 {
     for(j=0;j< bsize;j++)
     {
         if(phb[j] =pro[i])
         {
             n=j;
             return j;
        }
    }
 return -1;
}

//*************************初始化內存
void empty()
 {
     for(i=0;i<bsize;i++)
         phb[i]=0;
     count=0;   //計數器置零
}   //******先進先出頁面置換算法
 void FIFO()
{
     for( i=0; i<psize; i++)
     {
//     m=searchpb();
//     n=searchpro();
        //找到第一個空閑的物理快
        for(j=0;j<bsize;j++) {
            if(phb[j] == 0){
                m=j;
                break;
            }
        }
        //找與進程相同的標號
        for(j=0;j<bsize;j++) {
            if(phb[j] == pro[i]){
                n=j;
            }
        }

 //找flag值最大的
     for(j=0;j<bsize;j++)
    {
         if(flag[j]>maxflag)
         {
             maxflag = flag[j];
             mmax = j;
        }
    }

    if(n == -1)//不存在相同進程
    {
        if(m != -1)//存在空閑物理塊
        {
            phb[m]=pro[i];//進程號填入該空閑物理塊
//             count++;
             flag[m]=0;
             for (j=0;j<=m; j++)
             {
                 flag[j]++;
            }
            m=-1;
        }
         else//不存在空閑物理塊
         {
             phb[mmax] =pro[i];
             flag[mmax] =0;
             for (j=0;j<bsize;j++)
            {
                 flag[j]++;
            }
             mmax = -1;
             maxflag = 0;
             count++;
        }
    }
    else//存在相同的進程
    {
         phb[n] = pro[i];
         for(j=0;j<bsize;j++)
        {
             flag[j]++;
        }
        n=-1;
    }
     for(j=0;j < bsize;j++)
     {
        printf("%d ", phb[j]);
    }
         printf("\n");
    }
     printf("缺頁次數為:%d\n",count);
     printf("缺頁率 :%16. 6f",(float)count/psize);
     printf("\n");
}
/*初始化內存單元、緩沖區*/
 void Init(Pagel *b,int c[bsize][psize])
 {
     int i,j;
     for (i=0;i<psize;i++)
     {
         b[i].num=-1;
         b[i].time=psize-i-1;
}
 for(i=0;i<bsize;i++)
     for(j=0;j<psize;j++)
        c[i][j]=-1;
}
/*取得在內存中停留最久的頁面,默認狀態下為最早調入的頁面*/
 int GetMax(Pagel *b)
 {
     int i;
     int max=-1;
     int tag=0;
     for(i=0;i<bsize;i++)
     {
         if(b[i].time>max)
         {
             max=b[i].time;
             tag= i;
        }
    }
     return tag;
}

/*判斷頁面是否已在內存中*/
 int Equation(int fold, Pagel *b)
 {
     int i;
    for(i=0;i<bsize;i++)
    {
         if(fold==b[i]. num)
             return i;
    }
     return -1;
}
/*LRU核心部分*/
 void Lruu(int fold, Pagel *b)
 {
     int i;
     int val;
     val=Equation(fold, b);
     if (val>=0)
     {
         b[val].time=0;
         for(i=0;i<bsize;i++)
             if (i!=val)
                 b[i].time++;
    }
     else
     {
         queue[++k]=fold;/*記錄調入頁面*/
         val=GetMax(b);
         b[val].num=fold;
         b[val].time=0;
         for (i=0;i<bsize;i++){

//         URLcount++;
             if (i!=val)
                 b[i].time++;
        }
    }
}

 void LRU()
 {
     int i,j;
     k=0;
     Init(b, c);
     for(i=0; i<psize; i++)
     {
         Lruu(pro[i],b);
         c[0][i]=pro[i];
        /*記錄當前的內存單元中的頁面*/
         for(j=0;j<bsize;j++)
            c[j][i]=b[j].num;
    }

    /*結果輸出*/
     printf("內存狀態為:\n");
     Myprintf;
    for(j=0;j<psize;j++)
         printf("|%2d", pro[j]);
     printf("|\n");
     Myprintf;

     for(i=0;i<bsize;i++)
     {
         for(j=0; j<psize; j++)
         {
             if(c[i][j]==-1)
                 printf("|%2c",32);
              else
                 printf("|%2d",c[i][j]);
        }
         printf("|\n");
    }

     Myprintf;
//     printf("\n調入隊列為:");
//    for(i=0;i<k;i++)
//        printf("%3d", queue[i]);

    printf("\n缺頁次數為:%6d\n   缺頁率 :%16. 6f", k+1,(float)(k+1)/psize);
}

//********主函數
 int wang()
 {
     int sel;
     do{
     printf("\t\t\t--------------------------------\n");
     printf("\t\t\t☆☆歡迎使用分頁模擬實驗系統☆☆\n");
     printf("\t\t\t---------------------------------\n");
     printf("\t\t\t☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆       虛擬內存         ☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆------------------------☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆1.產生隨機序列          ☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆------------------------☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆2.最近最久未使用        ☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆------------------------☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆3.先進先出              ☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆------------------------☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆0.退出                  ☆☆\n");
     printf("\t\t\t☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆\n");
     printf("請選擇所要執行的操作:");
     scanf("%d",&sel);
     switch(sel)
    {
         case 0: printf("\t\t\t再見!t\t\t\n"); break;
         case 1: build(); break;
         case 2: printf("最近最久未使用\n"); LRU();empty(); printf("\n");break;
         case 3: printf("先進先出算法\n"); FIFO();empty();printf("\n");break;
         default:printf("請輸入正確的選項號!");printf("\n\n");break;
    }
}while(sel !=0 );
     return sel;
}