Linux頁面置換算法的C語言實現

#include <stdio.h>
//#include <conio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>//隨機數
 
#define Myprintf printf("|---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---|\n")  //*表格控制*/

int M; 
int N; 

typedef struct page 
{ 
 int num; /*記錄頁面號*/ 
 int time;  /*記錄調入內存時間*/    //（lru那用到）
 int index; //記錄調入內存的先後次序  //從1開始（FIFO那用到）
}Page;          /* 頁面邏輯結構，結構為方便算法實現設計*/ 
Page b[10];      /*內存單元數*/ //從0開始

int c[10][150];  /*暫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*/ 


/*初始化內存單元、緩沖區*/ 
void Init(Page *b,int c[10][150]) 
{ 
 int i,j; 
 for(i=0;i<M;i++) 
 { 
 b[i].num=-1; 
 b[i].time=M-i-1; 
 b[i].index=i+1;
 } 
 for(i=0;i<M;i++) 
 for(j=0;j<N;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 GetMaxTime(Page *b) 
{
 int i;
 int max=-1; 
 int tag=0; 
 for(i=0;i<M;i++) 
 { 
 if(b[i].time>max) 
 { 
  max=b[i].time; 
  tag=i; 
 } 
 } 
 return tag; 
} 

/**int GetMinTime(Page *b) 
{
 int i;
 int min=1000; 
 int tag=0; 
 for(i=0;i<M;i++) 
 { 
 if(b[i].time<min) 
 { 
  min=b[i].time; 
  tag=i; 
 } 
 } 
 return tag; 
} **/

/*判斷頁面是否已在內存中*/ 
int  Equation(int fold,Page *b) 
{ 
 int i; 
 for(i=0;i<M;i++) 
 { 
 if (fold==b[i].num) 
  return i; 
 } 
 return -1; 
} 

//LRU核心部分   最近最久未使用置換算法
void Lru(int fold,Page *b) 
{ 
 int i; 
 int val; 
 val=Equation(fold,b);  //判斷頁面是否已在內存中，val代表在內存中的位置
 if (val>=0)    //在內存中
 { 
 b[val].time=0;  //存在就把那個東西的時間變成0
 for(i=0;i<M;i++) 
  if (i!=val) 
  b[i].time++; // 其他的時間就要累加
 } 
 else 
 { 
 queue[++K]=fold;/*記錄調入頁面*/ 
 val=GetMaxTime(b);  //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，val代表在內存中的位置
 b[val].num=fold; 
 b[val].time=0; 
 for(i=0;i<M;i++) 
  if (i!=val) 
  b[i].time++; 
 } 
} 

//FIFO核心部分   先進先出置換算法
void FIFO(int fold,Page *b)
{
 int i; 
 int val; 
 bool flag=false;
 val=Equation(fold,b);  //判斷頁面是否已在內存中，val代表在內存中的位置

 if (val<0)    //不在內存中 
 {
 queue[++K]=fold;/*記錄調入頁面*/
 for(i=0;i<M;i++)
 {
  if (b[i].num<0)//如果有空
  {
  b[i].num=fold;
  b[i].index=i+1;
  flag=true;
  break;
  }
 }
 if (flag==false)//如若沒有空餘則找到最先進去的被淘汰
 {
  for(i=0;i<M;i++) 
  { 
  if(b[i].index==1) 
  { 
   val=i; 
  } 
  } 
  b[val].num=fold; 
  b[val].index=M; 
  for(i=0;i<M;i++) 
  {
  if(i!=val) 
     b[i].index--; //因為有一個被淘汰瞭，所有其他的Index就需要更新
  }
 }
 } 
}

//Optimal核心部分   最佳置換算法
void Optimal(int a[150],int pos,Page *b)
{
 int i,j; 
 int val;
 int fold=a[pos];
 bool flag=false;

 val=Equation(fold,b);  //判斷頁面是否已在內存中，val代表在內存中的位置
 
 if (val<0)    //不在內存中 
 {
 queue[++K]=fold;/*記錄調入頁面*/
 for(i=0;i<M;i++)
 {
  if (b[i].num<0)
  {
  b[i].num=fold;
  flag=true;
  break;
  }
 }
 if (flag==false)
 {
  for(i=0;i<M;i++) 
  { 
  for(j=pos+1;j<N;j++)
  {
   if (b[i].num!=a[j])
   { b[i].time= 1000; }//如果後面不需要再用它瞭把時間改成最大1000
   else
   {
   b[i].time=j;//否則賦值為j
   break;
   }
  }
  } 
  val=GetMaxTime(b);  //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，val代表在內存中的位置
  b[val].num=fold; 
 }
 } 
}

void LruMain(int a[150]) 
{ 
 int i,j; 
 K=-1; 
 Init(b, c); 
 for(i=0;i<N;i++) //
 { 
 Lru(a[i],b); 
 c[0][i]=a[i]; 
 /*記錄當前的內存單元中的頁面*/ 
 for(j=0;j<M;j++) 
  c[j][i]=b[j].num; 
 } 

 /*結果輸出*/ 
 printf("\n內存狀態為：\n"); 
 Myprintf; 
 for(j=0;j<N;j++) 
 printf("|%2d ",a[j]); 
 printf("|\n");
 
 Myprintf; //#define Myprintf printf("|---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---|\n")  //*表格控制*/ 
 for(i=0;i<N;i++) 
 {  
 for(j=0;j<M;j++) 
 { 
  if(c[j][i]==-1) 
  printf("%3c ",32); 
  else 
  printf("%3d ",c[j][i]); 
 } 
 printf("\n"); 
 } 

 Myprintf; 
 printf("\n調入隊列為:"); 
 for(i=0;i<K+1;i++) 
 printf("%3d",queue[i]); 
 printf("\n缺頁次數為：%6d\n缺頁率：%16.6f",K+1,(float)(K+1)/N); 
}

void FIFOMain(int a[150]) 
{ 
 int i,j; 
 K=-1; 
 Init(b, c); 
 for(i=0;i<N;i++) //
 { 
 FIFO(a[i],b); 
 c[0][i]=a[i]; 
 /*記錄當前的內存單元中的頁面*/ 
 for(j=0;j<M;j++) 
  c[j][i]=b[j].num; 
 } 
 /*結果輸出*/ 
 printf("\n內存狀態為：\n"); 
 Myprintf; 
 for(j=0;j<N;j++) 
 printf("|%2d ",a[j]); 
 printf("|\n");
 
 Myprintf; //#define Myprintf printf("|---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---|\n")  //*表格控制*/ 
 for(i=0;i<N;i++) 
 {  
 for(j=0;j<M;j++) 
 { 
  if(c[j][i]==-1) 
  printf("%3c ",32);//空格 
  else 
  printf("%3d ",c[j][i]); 
 } 
 printf("\n"); 
 } 
 
 Myprintf; 
 printf("\n調入隊列為:"); 
 for(i=0;i<K+1;i++) 
 printf("%3d",queue[i]); 
 printf("\n缺頁次數為：%6d\n缺頁率：%16.6f",K+1,(float)(K+1)/N); 
}

void OptimalMain(int a[150]) 
{ 
 int i,j; 
 K=-1; 
 Init(b, c); 
 for(i=0;i<N;i++) //
 { 
 Optimal(a,i,b); 
 c[0][i]=a[i]; 
 /*記錄當前的內存單元中的頁面*/ 
 for(j=0;j<M;j++) 
  c[j][i]=b[j].num; 
 } 
 /*結果輸出*/ 
 printf("\n內存狀態為：\n"); 
 Myprintf; 
 for(j=0;j<N;j++) 
 printf("|%2d ",a[j]); 
 printf("|\n");
 
 Myprintf; //#define Myprintf printf("|---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---|\n")  //*表格控制*/ 
 for(i=0;i<N;i++) 
 {  
 for(j=0;j<M;j++) 
 { 
  if(c[j][i]==-1) 
  printf("%3c ",32); 
  else 
  printf("%3d ",c[j][i]); 
 } 
 printf("\n"); 
 } 
 
 Myprintf; 
 printf("\n調入隊列為:"); 
 for(i=0;i<K+1;i++) 
 printf("%3d",queue[i]); 
 printf("\n缺頁次數為：%6d\n缺頁率：%16.6f",K+1,(float)(K+1)/N); 
}

void main()
{
 int a[150];
 int i;
 char s;
 
 printf("請輸入物理塊數：");
 scanf("%d",&M);

 printf("請輸入所要訪問的頁面數：");
 scanf("%d",&N);
 srand(time(NULL));
 for(i=0;i<N;i++)
 {
 a[i]=rand()%10;   /*隨機生成要訪問的頁面流*/
 }
 printf("所要訪問的頁面號序列為：");
 for(i=0;i<N;i++)
 printf("%d ",a[i]);
 
 printf("\n");
 printf("頁面置換步驟如下：\n");
 while(1)
  {
 printf("\n\n///");
 printf("\nPlease select 1:FIFO算法\n        2:LRU算法\n        3:Optimal算法\n        4:退出\n");
 scanf("%s",&s);
 switch(s)
 {
    case '1':FIFOMain(a);break;
    case '2':LruMain(a); break;
  case '3':OptimalMain(a); break;
    case '4':exit(0); break;
 }
 }
}