页面置换算法c语言实现

### 页面置换算法C语言实现示例

页面置换算法用于管理计算机内存中的页面调度。一种常见的策略是最少最近使用（NRU）算法，该方法尝试移除最不可能被再次使用的页。

下面是基于最少最近使用（NRU）原则的一个简单页面置换算法的C语言实现：

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

#define FRAME_COUNT 3    // 假设有三个物理帧可用
#define PAGE_REFERENCES_SIZE 12 // 页面引用串长度

// 定义页面结构体
typedef struct {
    int page_number;
    bool referenced;     // 是否在过去一段时间内被访问过
    bool modified;       // 是否自上次加载以来已被修改
} PageFrame;

PageFrame frames[FRAME_COUNT];
bool is_page_fault = false;

void initialize_frames() {
    for (int i = 0; i < FRAME_COUNT; ++i) {
        frames[i].page_number = -1;
        frames[i].referenced = false;
        frames[i].modified = false;
    }
}

// NRU分类函数
int classify_nru(PageFrame frame) {
    return (frame.referenced << 1) | frame.modified;
}

// 找到最小类别的第一个框架索引
int find_victim_frame_index() {
    int min_class = 3, victim_index = -1;
    
    for(int i = 0; i < FRAME_COUNT; ++i){
        if(frames[i].page_number != -1 && classify_nru(frames[i]) <= min_class){
            min_class = classify_nru(frames[i]);
            victim_index = i;
        }
        
        // 清除已检查过的页面的参照位
        frames[i].referenced = false;
    }

    return victim_index;
}

// 模拟页面替换过程
void simulate_page_replacement(int pages[], int size) {
    int hit_count = 0;
    initialize_frames();

    for (int i = 0; i < size; ++i) {
        bool found = false;
        is_page_fault = true;

        // 查找是否存在当前请求的页面
        for (int j = 0; j < FRAME_COUNT; ++j) {
            if (frames[j].page_number == pages[i]) {
                printf("命中 %d\n", pages[i]);
                frames[j].referenced = true;
                hit_count++;
                found = true;
                break;
            }
        }

        if (!found) { // 如果未找到，则发生缺页中断并执行页面替换
            int index_to_replace = find_victim_frame_index();
            
            if(index_to_replace >= 0 || frames[index_to_replace].page_number == -1){
                frames[index_to_replace].page_number = pages[i];
                frames[index_to_replace].referenced = true;
                
                printf("缺页: 替换%d -> 加载%d\n", frames[index_to_replace].page_number, pages[i]);
            } else{
                printf("无法分配新页面!\n");
            }
        }
    }

    float fault_rate = ((float)(size - hit_count)) / size * 100;
    printf("\n总请求数量：%d\n命中次数：%d\n缺页率：%.2f%%\n", size, hit_count, fault_rate);
}

此程序模拟了一个简单的页面替换场景，在这里采用了NRU作为决策依据来决定哪个页面应当被淘汰[^2]。