5. 如果置换算法选用 Clock 算法、LRU 等，应如何修改程序？（请求分页）

如果在请求分页中需要使用 Clock 算法、LRU等置换算法，可以考虑修改程序中的页面置换算法实现。下面以请求分页中的页面置换为例进行说明：

1. Clock算法：Clock算法是一种常用的页面置换算法，在程序中可以实现一个名为clock_replace的函数，该函数根据页面的访问位和修改位来确定要替换的页面。具体步骤如下：

- 遍历物理内存中的所有页面，查找访问位为0的页面；
- 如果找到访问位为0的页面，则将其替换掉并返回；
- 如果没有找到访问位为0的页面，则遍历物理内存中的所有页面，将所有页面的访问位都设置为0，并继续查找访问位为0的页面；
- 如果再次没有找到访问位为0的页面，则重复上述过程，直到找到访问位为0的页面为止。

2. LRU算法：LRU算法是一种基于页面最近使用时间的页面置换算法，在程序中可以实现一个名为lru_replace的函数，该函数使用一个链表来维护物理内存中的所有页面，并根据页面的最近使用时间来确定要替换的页面。具体步骤如下：

- 每当一个页面被访问时，将其从链表中删除，并将其插入到链表的头部；
- 当需要替换一个页面时，选择链表尾部的页面进行替换，即该页面的最近使用时间最早。

实现这些页面置换算法后，可以根据需要在程序中选择相应的算法进行页面置换。需要注意的是，不同的页面置换算法具有不同的性能特点和适用场景，需要根据具体的系统需求和硬件条件进行选择和优化。

相关问题

编写c语言程序，实现在请求分页管理系统，分别采用OPT、FIFO页面置换算法、LRU与简单时钟页面置换算法，完成题目：设初始为空，分给该作业的存储块数为n（0<n<10）,共访问20个作业号为1-20间的随机数。试求出在各种算法在访问过程中发生缺页中断的次数及缺页率。

以下是一个简单的C语言程序，实现了您所描述的请求分页管理系统，使用了OPT、FIFO页面置换算法、LRU和简单时钟页面置换算法。程序会输出每种算法在访问过程中发生的缺页中断次数和缺页率。

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

#define MAX_PAGES 10
#define MAX_PROCESSES 20

int pages[MAX_PAGES];
int last_used[MAX_PAGES];
int reference_bit[MAX_PAGES];
int clock_hand;
int num_pages;

int fifo(int page) {
    int i, index, victim;
    index = -1;
    victim = 0;
    for (i = 0; i < num_pages; i++) {
        if (pages[i] == page) {
            index = i;
            break;
        }
    }
    if (index == -1) {
        if (num_pages < MAX_PAGES) {
            index = num_pages++;
        } else {
            index = victim++;
        }
        pages[index] = page;
    }
    return victim;
}

int lru(int page) {
    int i, index, victim;
    index = -1;
    victim = 0;
    for (i = 0; i < num_pages; i++) {
        if (pages[i] == page) {
            index = i;
            break;
        }
    }
    if (index == -1) {
        if (num_pages < MAX_PAGES) {
            index = num_pages++;
        } else {
            for (i = 0; i < num_pages; i++) {
                last_used[i]++;
            }
            victim = 0;
            for (i = 1; i < num_pages; i++) {
                if (last_used[i] > last_used[victim]) {
                    victim = i;
                }
            }
            index = victim;
        }
        pages[index] = page;
        last_used[index] = 0;
    } else {
        for (i = 0; i < num_pages; i++) {
            if (i != index) {
                last_used[i]++;
            } else {
                last_used[i] = 0;
            }
        }
    }
    return victim;
}

int opt(int page, int start) {
    int i, j, index, victim, max_dist, dist;
    index = -1;
    victim = 0;
    max_dist = -1;
    for (i = 0; i < num_pages; i++) {
        if (pages[i] == page) {
            index = i;
            break;
        }
    }
    if (index == -1) {
        if (num_pages < MAX_PAGES) {
            index = num_pages++;
        } else {
            for (i = 0; i < num_pages; i++) {
                reference_bit[i] = 0;
            }
            for (i = start; i < MAX_PROCESSES; i++) {
                for (j = 0; j < num_pages; j++) {
                    if (pages[j] == i) {
                        reference_bit[j] = i;
                        break;
                    }
                }
            }
            victim = 0;
            for (i = 0; i < num_pages; i++) {
                if (reference_bit[i] == 0) {
                    index = i;
                    break;
                }
                if (reference_bit[i] > max_dist) {
                    max_dist = reference_bit[i];
                    victim = i;
                }
            }
            if (index == -1) {
                index = victim;
            }
        }
        pages[index] = page;
        reference_bit[index] = 0;
    }
    return victim;
}

int clock(int page) {
    int i, index, victim, found;
    index = -1;
    victim = 0;
    found = 0;
    while (!found) {
        for (i = 0; i < num_pages; i++) {
            if (pages[i] == page) {
                index = i;
                found = 1;
                break;
            }
        }
        if (!found) {
            if (reference_bit[clock_hand] == 0) {
                index = clock_hand;
                clock_hand = (clock_hand + 1) % num_pages;
                break;
            } else {
                reference_bit[clock_hand] = 0;
                clock_hand = (clock_hand + 1) % num_pages;
            }
        }
    }
    return victim;
}

int main() {
    int i, j, page, victim, num_faults;
    int fifo_faults, lru_faults, opt_faults, clock_faults;
    float fifo_rate, lru_rate, opt_rate, clock_rate;

    srand(12345);

    printf("Number of pages: ");
    scanf("%d", &num_pages);

    for (i = 0; i < MAX_PAGES; i++) {
        pages[i] = -1;
        last_used[i] = 0;
        reference_bit[i] = 0;
    }

    fifo_faults = lru_faults = opt_faults = clock_faults = 0;
    for (i = 1; i <= MAX_PROCESSES; i++) {
        page = rand() % num_pages;
        victim = fifo(page);
        if (victim != 0) {
            fifo_faults++;
        }
        victim = lru(page);
        if (victim != 0) {
            lru_faults++;
        }
        victim = opt(page, i);
        if (victim != 0) {
            opt_faults++;
        }
        victim = clock(page);
        if (victim != 0) {
            clock_faults++;
        }
    }

    fifo_rate = ((float)fifo_faults / MAX_PROCESSES) * 100.0;
    lru_rate = ((float)lru_faults / MAX_PROCESSES) * 100.0;
    opt_rate = ((float)opt_faults / MAX_PROCESSES) * 100.0;
    clock_rate = ((float)clock_faults / MAX_PROCESSES) * 100.0;

    printf("FIFO: %d faults, %.2f%%\n", fifo_faults, fifo_rate);
    printf("LRU: %d faults, %.2f%%\n", lru_faults, lru_rate);
    printf("OPT: %d faults, %.2f%%\n", opt_faults, opt_rate);
    printf("Clock: %d faults, %.2f%%\n", clock_faults, clock_rate);

    return 0;
}

该程序使用了一个随机数生成器来模拟访问20个作业号为1-20间的随机数，并在每个算法中记录缺页中断的次数和缺页率。您可以通过修改程序中的num_pages变量来改变分配给该作业的存储块数。

该程序只是一个简单的示例，可能不是最优的实现。如果您需要更详细或更高效的实现，请参考其他资料或咨询专业的程序员或计算机科学家。

在一个请求分页系统中，分别采用FIFO、OPT、LRU、LFU、简单Clock 页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为4 , 3 , 2 ,1 , 4 , 3 , 5 , 4 ,3 , 2 , 1 ,5，当分配给该作业的物理块数M分别为3和4时，试计算访问过程中所发生的缺页次数和缺页率 ? 比较所得结果。

假设逻辑地址空间大小为100，物理块大小为10，作业的页面走向序列为4, 3, 2, 1, 4, 3, 5, 4, 3, 2, 1, 5。

首先，计算该作业的页面数量为5，即页面1、2、3、4、5。

当分配给该作业的物理块数M为3时，各算法的缺页情况如下：

1. FIFO
物理块数：3
缺页次数：9
缺页率：90%

2. OPT
物理块数：3
缺页次数：8
缺页率：80%

3. LRU
物理块数：3
缺页次数：9
缺页率：90%

4. LFU
物理块数：3
缺页次数：9
缺页率：90%

5. 简单Clock
物理块数：3
缺页次数：9
缺页率：90%

当分配给该作业的物理块数M为4时，各算法的缺页情况如下：

1. FIFO
物理块数：4
缺页次数：6
缺页率：60%

2. OPT
物理块数：4
缺页次数：5
缺页率：50%

3. LRU
物理块数：4
缺页次数：6
缺页率：60%

4. LFU
物理块数：4
缺页次数：6
缺页率：60%

5. 简单Clock
物理块数：4
缺页次数：6
缺页率：60%

通过比较可以发现，当分配给该作业的物理块数M为4时，各算法的缺页率要明显低于M为3时。这是因为当M较小时，系统无法为该作业分配足够的物理块，导致缺页率较高。当M增加时，系统可以为该作业分配更多的物理块，缺页率相应降低。另外，从各算法的表现来看，OPT算法的缺页率最低，而FIFO算法的缺页率最高。