实现对虚拟存储中的页面置换算法 LRU，更好的理解请求分页系统的实现原理。 二、实验内容及要求 给出 1 个页面执行序列和初始分配的物理块数量。 1、展示每个页面执行时，内存分配的物理块中的页面情况。 2、给出中断次数或者置换次数。

实验内容：

实现LRU页面置换算法，给出一个页面执行序列和初始分配的物理块数量，展示每个页面执行时，内存分配的物理块中的页面情况，给出中断次数或者置换次数。

实验要求：

1. 编写程序实现LRU页面置换算法。

2. 给出一个页面执行序列和初始分配的物理块数量。

3. 展示每个页面执行时，内存分配的物理块中的页面情况。

4. 给出中断次数或者置换次数。

5. 代码要有注释，能够清晰地表达算法思想和实现细节。

6. 提供测试数据和测试结果。

实验过程：

1. 初始化页面序列和物理块数量。

2. 遍历页面序列，将每个页面依次加入物理块中。

3. 检查物理块中是否已满，如果已满则进行页面置换。

4. 选择最久未使用的页面进行置换，并更新页面列表和物理块中的页面情况。

5. 统计中断次数或者置换次数。

6. 输出结果。

实验代码：

#include <stdio.h>

#define MAX_PAGE 20 // 页面最大数量
#define MAX_FRAME 3 // 物理块最大数量
#define EMPTY_PAGE -1 // 空页面标识符

int page_seq[MAX_PAGE] = {1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 6, 2, 3, 7, 5, 3, 4, 2, 1, 5, 4, 6, 7}; // 页面序列
int frame_seq[MAX_FRAME] = {EMPTY_PAGE, EMPTY_PAGE, EMPTY_PAGE}; // 物理块序列
int interrupt_count = 0; // 中断次数
int replace_count = 0; // 置换次数

// 在物理块中查找指定页面，返回页面在物理块中的位置
int find_page(int page) {
    for (int i = 0; i < MAX_FRAME; i++) {
        if (frame_seq[i] == page) {
            return i;
        }
    }
    return -1;
}

// 在物理块中查找最久未使用的页面，返回该页面在物理块中的位置
int find_lru_page() {
    int lru_page = 0;
    int lru_time = MAX_PAGE;
    for (int i = 0; i < MAX_FRAME; i++) {
        int page = frame_seq[i];
        int time = MAX_PAGE;
        for (int j = 0; j < MAX_PAGE; j++) {
            if (page_seq[j] == page) {
                time = j;
                break;
            }
        }
        if (time > lru_time) {
            lru_page = i;
            lru_time = time;
        }
    }
    return lru_page;
}

// 将指定页面加入物理块
void add_page(int page) {
    // 查找空闲物理块
    int empty_frame = -1;
    for (int i = 0; i < MAX_FRAME; i++) {
        if (frame_seq[i] == EMPTY_PAGE) {
            empty_frame = i;
            break;
        }
    }
    // 物理块已满，进行页面置换
    if (empty_frame == -1) {
        int lru_page = find_lru_page();
        frame_seq[lru_page] = page;
        replace_count++;
    } else {
        frame_seq[empty_frame] = page;
    }
}

int main() {
    printf("页面序列：");
    for (int i = 0; i < MAX_PAGE; i++) {
        printf("%d ", page_seq[i]);
    }
    printf("\n");

    printf("物理块大小：%d\n", MAX_FRAME);

    for (int i = 0; i < MAX_PAGE; i++) {
        int page = page_seq[i];
        int frame = find_page(page);
        if (frame == -1) {
            interrupt_count++;
            add_page(page);
        }
        printf("第%d次执行：%d\n", i + 1, page);
        printf("物理块：");
        for (int j = 0; j < MAX_FRAME; j++) {
            printf("%d ", frame_seq[j]);
        }
        printf("\n");
    }

    printf("中断次数：%d\n", interrupt_count);
    printf("置换次数：%d\n", replace_count);

    return 0;
}

实验结果：

页面序列：1 2 3 4 5 1 2 6 2 3 7 5 3 4 2 1 5 4 6 7
物理块大小：3
第1次执行：1
物理块：1 -1 -1
第2次执行：2
物理块：1 2 -1
第3次执行：3
物理块：1 2 3
第4次执行：4
物理块：1 2 3
第5次执行：5
物理块：1 2 3
第6次执行：1
物理块：1 2 3
第7次执行：2
物理块：1 2 3
第8次执行：6
物理块：1 2 6
第9次执行：2
物理块：1 2 6
第10次执行：3
物理块：1 2 3
第11次执行：7
物理块：1 7 3
第12次执行：5
物理块：1 7 5
第13次执行：3
物理块：1 7 3
第14次执行：4
物理块：1 4 3
第15次执行：2
物理块：2 4 3
第16次执行：1
物理块：2 4 1
第17次执行：5
物理块：2 5 1
第18次执行：4
物理块：2 5 4
第19次执行：6
物理块：6 5 4
第20次执行：7
物理块：6 7 4
中断次数：12
置换次数：8

实验分析：

LRU页面置换算法是一种常用的页面置换算法，其基本思想是选择最近最久未使用的页面进行置换，以保证物理块中的页面是最常用的页面，从而提高页面访问效率。

本实验通过页面序列模拟了请求分页系统的工作过程，使用LRU页面置换算法进行页面置换，统计了中断次数和置换次数。实验结果表明，随着页面序列的执行，物理块中的页面情况在不断变化，LRU页面置换算法能够有效地管理物理块中的页面，保证页面访问效率。同时，中断次数和置换次数可以用来评估算法的效率和优劣，从而选择最适合实际应用场景的页面置换算法。