利用C语言实现OPT、LRU、FIFIO、CLOCK算法

下面是基于C语言实现的OPT、LRU、FIFO、CLOCK页面置换算法的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// 页面置换算法枚举类型
enum Algorithm {
    OPT, LRU, FIFO, CLOCK
};

// 定义页面数、物理块数、参考位数组、修改位数组、页面数组
#define PAGE_NUM 20
#define FRAME_NUM 3
int reference_bit[PAGE_NUM], modify_bit[PAGE_NUM], page[PAGE_NUM];

// OPT页面置换算法实现
int opt_replace(int frame[], int start, int end, int next[])
{
    int i, j, pos, max = -1;

    // 循环遍历物理块中的页面
    for (i = 0; i < FRAME_NUM; i++)
    {
        // 循环遍历下一次调用页面的位置
        for (j = start; j < end; j++)
        {
            // 如果当前物理块中的页面在下一次调用时不再被使用，则选择该页面
            if (frame[i] == page[next[j]] && j > max)
            {
                max = j;
                pos = i;
                break;
            }
        }

        // 如果当前物理块中的页面在下一次调用时仍然被使用，则选择该页面
        if (j == end)
        {
            pos = i;
            break;
        }
    }

    // 从选定的物理块中选择牺牲页面
    return frame[pos];
}

// LRU页面置换算法实现
int lru_replace(int frame[], int used[])
{
    int i, pos, min = PAGE_NUM;

    // 循环遍历物理块中的页面
    for (i = 0; i < FRAME_NUM; i++)
    {
        // 如果当前物理块中的页面最近未被使用，则选择该页面
        if (used[i] < min)
        {
            min = used[i];
            pos = i;
        }
    }

    // 从选定的物理块中选择牺牲页面
    return frame[pos];
}

// FIFO页面置换算法实现
int fifo_replace(int frame[], int used[])
{
    int i, pos, min = PAGE_NUM;

    // 循环遍历物理块中的页面
    for (i = 0; i < FRAME_NUM; i++)
    {
        // 如果当前物理块中的页面最早被放入，则选择该页面
        if (used[i] < min)
        {
            min = used[i];
            pos = i;
        }
    }

    // 从选定的物理块中选择牺牲页面
    return frame[pos];
}

// CLOCK页面置换算法实现
int clock_replace(int frame[], int used[], int start)
{
    int i, pos, flag, victim;

    // 初始化flag为0
    flag = 0;

    // 循环遍历物理块中的页面
    while (flag == 0)
    {
        // 如果当前物理块未被使用，则选择该物理块
        if (used[start] == 0)
        {
            pos = start;
            flag = 1;
        }

        // 如果当前物理块已被使用，则将参考位设为0，继续循环
        else
        {
            used[start] = 0;
            start = (start + 1) % FRAME_NUM;
        }
    }

    // 从选定的物理块中选择牺牲页面
    victim = frame[pos];

    // 将新页面放入该物理块中
    frame[pos] = page[i];

    // 返回牺牲页面的索引
    return victim;
}

// 页面置换算法函数指针类型
typedef int (*PFN_PAGE_REPLACE)(int frame[], int used[], int start, int end, int next[]);

// 页面置换算法函数指针数组
PFN_PAGE_REPLACE pfn[] = {opt_replace, lru_replace, fifo_replace, clock_replace};

// 执行页面置换算法
void page_replace(enum Algorithm algorithm)
{
    int i, j, pos, victim, hit, fault, used[FRAME_NUM], frame[FRAME_NUM], next[PAGE_NUM];

    // 初始化物理块中的页面为-1，参考位、修改位为0
    for (i = 0; i < FRAME_NUM; i++)
    {
        frame[i] = -1;
        used[i] = 0;
    }

    // 随机生成页面数组和参考位数组
    for (i = 0; i < PAGE_NUM; i++)
    {
        page[i] = rand() % 10;
        reference_bit[i] = rand() % 2;
    }

    // 初始化缺页和命中数为0
    fault = 0;
    hit = 0;

    // 初始化下一次调用页面的位置数组
    for (i = 0; i < PAGE_NUM; i++)
    {
        next[i] = i + 1;
    }
    next[PAGE_NUM - 1] = -1;

    // 循环遍历页面数组，并进行页面置换
    for (i = 0; i < PAGE_NUM; i++)
    {
        // 查找当前页面是否在物理块中
        pos = -1;
        for (j = 0; j < FRAME_NUM; j++)
        {
            if (frame[j] == page[i])
            {
                pos = j;
                hit++;
                break;
            }
        }

        // 如果当前页面不在物理块中，则进行页面置换
        if (pos == -1)
        {
            victim = pfn[algorithm](frame, used, i + 1, PAGE_NUM, next);
            pos = -1;
            for (j = 0; j < FRAME_NUM; j++)
            {
                if (frame[j] == victim)
                {
                    pos = j;
                    break;
                }
            }
            frame[pos] = page[i];
            used[pos] = i;
            fault++;
        }

        // 更新当前页面的参考位和修改位
        if (reference_bit[i] == 1)
        {
            used[pos] = i;
        }
        if (modify_bit[i] == 1)
        {
            modify_bit[i] = 1;
        }
    }

    // 输出缺页率和命中率
    printf("算法：%d\n", algorithm);
    printf("缺页率：%f\n", (float)fault / PAGE_NUM);
    printf("命中率：%f\n", (float)hit / PAGE_NUM);
}

int main()
{
    // 执行OPT页面置换算法
    page_replace(OPT);

    // 执行LRU页面置换算法
    page_replace(LRU);

    // 执行FIFO页面置换算法
    page_replace(FIFO);

    // 执行CLOCK页面置换算法
    page_replace(CLOCK);

    return 0;
}