运用C编程序实现先进先出算法(FIFO)、最近最久未使用算法(LRU)算法、最佳置换算法(OPT)、时钟置换算法的具体实现过程,并计算访问命中率。
时间: 2023-12-15 16:05:36 浏览: 90
先进先出算法(FIFO):
FIFO算法是一种最简单的页面置换算法,该算法就是按照页面调入内存的时间顺序来进行页面置换的。具体实现过程如下:
1. 初始化一个队列Q,用于存放当前在内存中的所有页面。
2. 每次访问页面时,若该页面已在队列Q中,则命中,不做操作;若该页面不在队列Q中,则将该页面加入队列Q的队尾,并从队头弹出一个页面进行置换。
3. 计算访问命中率。
示例代码如下:
```
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MAX_PAGE_NUM 100 // 最大页面数
#define MAX_FRAME_NUM 10 // 最大内存帧数
int page[MAX_PAGE_NUM]; // 页面序列
int frame[MAX_FRAME_NUM]; // 内存帧
int in_frames[MAX_PAGE_NUM]; // 标记页面是否在内存中
int queue[MAX_FRAME_NUM]; // 存放当前在内存中的所有页面的队列
int front = 0, rear = -1; // 队头和队尾指针
int main()
{
int page_num, frame_num, i, j, k, hit_num = 0;
printf("请输入页面数和内存帧数:");
scanf("%d%d", &page_num, &frame_num);
printf("请输入页面序列:");
for (i = 0; i < page_num; ++i)
{
scanf("%d", &page[i]);
}
for (i = 0; i < frame_num; ++i)
{
frame[i] = -1;
}
for (i = 0; i < page_num; ++i)
{
if (in_frames[page[i]] == 1)
{
hit_num++;
continue;
}
if (rear < frame_num - 1)
{
rear++;
}
else
{
int evict_page = queue[front];
front++;
in_frames[evict_page] = 0;
}
queue[rear] = page[i];
in_frames[page[i]] = 1;
}
printf("FIFO命中率为%.2f%%。\n", hit_num * 100.0 / page_num);
return 0;
}
```
最近最久未使用算法(LRU):
LRU算法是一种基于时间局部性的页面置换算法,该算法认为最近最久未使用的页面可能性较小,因此选择最近最久未使用的页面进行置换。具体实现过程如下:
1. 初始化一个链表或栈,用于存放当前在内存中的所有页面,按照页面最近访问时间顺序从头到尾排列。
2. 每次访问页面时,若该页面已在链表或栈中,将其移到链表或栈的尾部;若该页面不在链表或栈中,则将该页面加入链表或栈的尾部,并从链表或栈的头部弹出一个页面进行置换。
3. 计算访问命中率。
示例代码如下:
```
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MAX_PAGE_NUM 100 // 最大页面数
#define MAX_FRAME_NUM 10 // 最大内存帧数
int page[MAX_PAGE_NUM]; // 页面序列
int frame[MAX_FRAME_NUM]; // 内存帧
int in_frames[MAX_PAGE_NUM]; // 标记页面是否在内存中
int list[MAX_FRAME_NUM]; // 存放当前在内存中的所有页面的链表
int head = 0, tail = -1; // 链表头和尾指针
int main()
{
int page_num, frame_num, i, j, k, hit_num = 0;
printf("请输入页面数和内存帧数:");
scanf("%d%d", &page_num, &frame_num);
printf("请输入页面序列:");
for (i = 0; i < page_num; ++i)
{
scanf("%d", &page[i]);
}
for (i = 0; i < frame_num; ++i)
{
frame[i] = -1;
}
for (i = 0; i < page_num; ++i)
{
if (in_frames[page[i]] == 1)
{
hit_num++;
for (j = head; j <= tail; ++j)
{
if (list[j] == page[i])
{
for (k = j; k < tail; ++k)
{
list[k] = list[k + 1];
}
list[tail] = page[i];
break;
}
}
continue;
}
if (tail < frame_num - 1)
{
tail++;
}
else
{
int evict_page = list[head];
head++;
in_frames[evict_page] = 0;
}
list[tail] = page[i];
in_frames[page[i]] = 1;
}
printf("LRU命中率为%.2f%%。\n", hit_num * 100.0 / page_num);
return 0;
}
```
最佳置换算法(OPT):
OPT算法是一种理论上最优的页面置换算法,该算法认为在未来最长时间内不再被访问的页面可能性最大,因此选择未来最长时间内不再被访问的页面进行置换。由于无法预测未来,实际上很难实现该算法。具体实现过程如下:
1. 对于每个页面,预先计算出其下一次出现的时间点,若该页面不再出现,则将该时间点设置为一个很大的值。
2. 每次访问页面时,扫描当前在内存中的所有页面,选择下一次出现时间最远的页面进行置换。
3. 计算访问命中率。
示例代码如下:
```
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MAX_PAGE_NUM 100 // 最大页面数
#define MAX_FRAME_NUM 10 // 最大内存帧数
#define INF 99999999 // 无穷大
int page[MAX_PAGE_NUM]; // 页面序列
int frame[MAX_FRAME_NUM]; // 内存帧
int in_frames[MAX_PAGE_NUM]; // 标记页面是否在内存中
int next[MAX_PAGE_NUM]; // 存放每个页面的下一次出现时间点
int main()
{
int page_num, frame_num, i, j, k, hit_num = 0;
printf("请输入页面数和内存帧数:");
scanf("%d%d", &page_num, &frame_num);
printf("请输入页面序列:");
for (i = 0; i < page_num; ++i)
{
scanf("%d", &page[i]);
}
for (i = 0; i < page_num; ++i)
{
next[i] = INF;
for (j = i + 1; j < page_num; ++j)
{
if (page[i] == page[j])
{
next[i] = j;
break;
}
}
}
for (i = 0; i < frame_num; ++i)
{
frame[i] = -1;
}
for (i = 0; i < page_num; ++i)
{
if (in_frames[page[i]] == 1)
{
hit_num++;
continue;
}
int evict_page = -1, max_next = -1;
for (j = 0; j < frame_num; ++j)
{
if (in_frames[frame[j]] == 0)
{
evict_page = j;
break;
}
if (next[frame[j]] > max_next)
{
evict_page = j;
max_next = next[frame[j]];
}
}
frame[evict_page] = page[i];
in_frames[page[i]] = 1;
}
printf("OPT命中率为%.2f%%。\n", hit_num * 100.0 / page_num);
return 0;
}
```
时钟置换算法:
时钟置换算法是一种改进的FIFO算法,该算法将FIFO算法中的队列改为一个循环链表,并给每个页面设置一个访问位。具体实现过程如下:
1. 初始化一个循环链表Q,用于存放当前在内存中的所有页面。
2. 每次访问页面时,若该页面已在链表Q中,则将其访问位设置为1;若该页面不在链表Q中,则将该页面加入链表Q的末尾,并从链表头开始扫描,找到第一个访问位为0的页面进行置换,同时将该页面的访问位设置为0。
3. 计算访问命中率。
示例代码如下:
```
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MAX_PAGE_NUM 100 // 最大页面数
#define MAX_FRAME_NUM 10 // 最大内存帧数
int page[MAX_PAGE_NUM]; // 页面序列
int frame[MAX_FRAME_NUM]; // 内存帧
int in_frames[MAX_PAGE_NUM]; // 标记页面是否在内存中
int clock_hand = 0; // 指向当前扫描的页面
int reference_bit[MAX_FRAME_NUM]; // 存放每个页面的访问位
int main()
{
int page_num, frame_num, i, j, k, hit_num = 0;
printf("请输入页面数和内存帧数:");
scanf("%d%d", &page_num, &frame_num);
printf("请输入页面序列:");
for (i = 0; i < page_num; ++i)
{
scanf("%d", &page[i]);
}
for (i = 0; i < frame_num; ++i)
{
frame[i] = -1;
}
for (i = 0; i < page_num; ++i)
{
if (in_frames[page[i]] == 1)
{
hit_num++;
reference_bit[clock_hand] = 1;
while (reference_bit[clock_hand] == 1)
{
reference_bit[clock_hand] = 0;
clock_hand = (clock_hand + 1) % frame_num;
}
continue;
}
if (frame[clock_hand] != -1)
{
in_frames[frame[clock_hand]] = 0;
}
frame[clock_hand] = page[i];
in_frames[page[i]] = 1;
reference_bit[clock_hand] = 0;
clock_hand = (clock_hand + 1) % frame_num;
}
printf("时钟命中率为%.2f%%。\n", hit_num * 100.0 / page_num);
return 0;
}
```
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