C语言实现请求调页存储管理方式的模拟

请求调页存储管理方式是一种内存管理方式，它将进程所需的虚拟地址空间分成若干个固定大小的页面，每个页面对应一块物理内存。当进程访问一个未装入内存的页面时，操作系统会将该页面从磁盘上读入内存，然后将虚拟地址映射到该页面上。当内存中的页面不足时，操作系统需要将一些页面调出到磁盘上，以便为新的页面腾出空间。

下面是一个简单的C语言程序，用于模拟请求调页存储管理方式的运行过程：

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

#define PAGE_SIZE 256
#define PAGE_NUM 16
#define FRAME_NUM 4

typedef struct {
    int page_num;    // 页面号
    int frame_num;   // 帧号
    int count;       // 计数器
} PageTableItem;

PageTableItem page_table[PAGE_NUM];  // 页面表
char memory[FRAME_NUM * PAGE_SIZE];  // 物理内存

int find_page(int page_num) {
    // 在页面表中查找给定页面号的项
    for (int i = 0; i < PAGE_NUM; i++) {
        if (page_table[i].page_num == page_num) {
            return i;
        }
    }
    return -1;
}

int find_frame() {
    // 在物理内存中查找空闲帧
    for (int i = 0; i < FRAME_NUM; i++) {
        if (memory[i * PAGE_SIZE] == '\0') {
            return i;
        }
    }
    return -1;
}

void swap(int page_num, int frame_num) {
    // 将指定页面调出到磁盘上，然后将新页面调入物理内存
    printf("swap out page %d from frame %d\n", page_num, frame_num);
    // 这里省略了将页面写回磁盘的代码
    int new_frame_num = find_frame();
    printf("swap in page %d to frame %d\n", page_num, new_frame_num);
    page_table[find_page(page_num)].frame_num = new_frame_num;
}

void access(int page_num, int offset) {
    // 访问指定页面的指定偏移量处的数据
    int i = find_page(page_num);
    if (i == -1) {
        // 页面不在物理内存中，需要调入
        printf("page fault for page %d\n", page_num);
        int frame_num = find_frame();
        if (frame_num == -1) {
            // 内存已满，需要进行页面置换
            int j = 0;
            for (int k = 1; k < PAGE_NUM; k++) {
                if (page_table[k].count < page_table[j].count) {
                    j = k;
                }
            }
            swap(page_table[j].page_num, page_table[j].frame_num);
            frame_num = page_table[j].frame_num;
        }
        // 从磁盘上读入页面
        printf("read page %d from disk to frame %d\n", page_num, frame_num);
        page_table[i].page_num = page_num;
        page_table[i].frame_num = frame_num;
        page_table[i].count = 0;
    }
    // 更新计数器
    page_table[i].count++;
    // 访问数据
    memory[page_table[i].frame_num * PAGE_SIZE + offset] = 'x';
}

int main() {
    // 初始化页面表
    for (int i = 0; i < PAGE_NUM; i++) {
        page_table[i].page_num = -1;
        page_table[i].frame_num = -1;
        page_table[i].count = 0;
    }
    // 访问数据
    access(0, 0);
    access(1, 0);
    access(2, 0);
    access(0, 128);
    access(3, 0);
    access(1, 128);
    access(4, 0);
    access(2, 128);
    access(0, 0);
    access(1, 0);
    access(2, 0);
    access(3, 0);
    access(4, 0);
    return 0;
}

这个程序实现了一个简单的请求调页存储管理方式的模拟，其中页面大小为256字节，总共有16个页面，物理内存大小为1024字节，共有4个页面帧。程序首先初始化了页面表，并依次访问了一些数据。在访问数据时，程序会先检查页面是否已经在物理内存中，如果不在，则需要将页面从磁盘上读入内存，并将其映射到一个空闲的页面帧中。如果内存已满，则需要进行页面置换，这里采用了最简单的FIFO算法：选择最早进入内存的页面进行置换。在页面置换时，程序会将被调出的页面写回磁盘，并将新的页面从磁盘上读入内存。程序还实现了一个计数器来记录每个页面被访问的次数，以便进行页面置换时选择最久未使用的页面。