用C语言实现模拟虚拟存储管理方式中的请求分页式技术中的页面置换算法

请求分页式技术中的页面置换算法有很多种，比如先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）、时钟置换算法（Clock）等。这里以LRU算法为例，用C语言来实现。

LRU算法的思路是，每次淘汰最近最少使用的页面。我们可以用一个链表来维护所有页面的使用顺序，每次访问一个页面时，就将它移到链表的头部，这样链表的尾部就是最近最少使用的页面。如果需要淘汰页面时，就淘汰链表尾部的页面。

下面是一段示例代码：

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

#define PAGE_NUM 5 // 页面数量
#define PAGE_SIZE 1024 // 页面大小
#define PAGE_FRAME_NUM 3 // 物理内存帧数

struct Page {
    int id; // 页面编号
    char content[PAGE_SIZE]; // 页面内容
    struct Page* prev; // 前驱指针
    struct Page* next; // 后继指针
};

// 全局变量，物理内存
struct Page* physical_memory[PAGE_FRAME_NUM] = { NULL };

// 全局变量，页面链表
struct Page* page_list_head = NULL;
struct Page* page_list_tail = NULL;

// 初始化页面链表
void init_page_list() {
    page_list_head = NULL;
    page_list_tail = NULL;
    for (int i = 0; i < PAGE_NUM; i++) {
        struct Page* page = (struct Page*)malloc(sizeof(struct Page));
        page->id = i;
        page->prev = NULL;
        page->next = NULL;
        if (page_list_head == NULL) {
            page_list_head = page;
            page_list_tail = page;
        } else {
            page_list_tail->next = page;
            page->prev = page_list_tail;
            page_list_tail = page;
        }
    }
}

// 查找页面
struct Page* find_page(int id) {
    struct Page* p = page_list_head;
    while (p != NULL) {
        if (p->id == id) {
            return p;
        }
        p = p->next;
    }
    return NULL;
}

// 将页面移动到链表头部
void move_page_to_head(struct Page* page) {
    if (page == page_list_head) {
        return;
    }
    if (page == page_list_tail) {
        page_list_tail = page->prev;
        page_list_tail->next = NULL;
    } else {
        page->prev->next = page->next;
        page->next->prev = page->prev;
    }
    page->prev = NULL;
    page->next = page_list_head;
    page_list_head->prev = page;
    page_list_head = page;
}

// 将页面插入物理内存中
void insert_page_to_physical_memory(struct Page* page) {
    // 物理内存已满，需要淘汰最近最少使用的页面
    if (physical_memory[PAGE_FRAME_NUM-1] != NULL) {
        struct Page* victim_page = page_list_tail;
        move_page_to_head(victim_page);
        physical_memory[victim_page->id % PAGE_FRAME_NUM] = page;
    } else {
        physical_memory[page->id % PAGE_FRAME_NUM] = page;
    }
}

// 读取页面内容
void read_page(int id) {
    struct Page* page = find_page(id);
    if (page == NULL) {
        printf("Page %d not found.\n", id);
        return;
    }
    move_page_to_head(page);
    if (physical_memory[page->id % PAGE_FRAME_NUM] == NULL) {
        printf("Page %d not in physical memory, inserting...\n", page->id);
        insert_page_to_physical_memory(page);
    }
    printf("Page %d content: %s\n", page->id, page->content);
}

int main() {
    init_page_list();
    // 读取页面
    read_page(1);
    read_page(2);
    read_page(3);
    read_page(4);
    read_page(5);
    read_page(1);
    read_page(2);
    read_page(3);
    read_page(6);
    read_page(1);
    read_page(4);
    read_page(3);
    return 0;
}

这段代码中，我们定义了一个`struct Page`结构体来表示页面，其中包括页面编号和内容。`physical_memory`数组表示物理内存，`page_list_head`和`page_list_tail`分别表示页面链表的头部和尾部。`init_page_list`函数用来初始化页面链表，`find_page`函数用来查找页面，`move_page_to_head`函数用来将页面移动到链表头部，`insert_page_to_physical_memory`函数用来将页面插入物理内存中。

在`main`函数中，我们按照一定顺序读取了一些页面，可以看到，当物理内存已满时，LRU算法会淘汰最近最少使用的页面，并将新页面插入物理内存中。