fifo页面置换算法课程设计介绍

FIFO页面置换算法是一种简单的页面置换算法，它按照页面进入内存的先后顺序进行页面置换，即先进入内存的页面先被置换出去。本次课程设计的主要目的是通过编写FIFO页面置换算法的代码，来加深对该算法的理解。

设计思路：

1. 首先，需要定义一个页帧数变量frames和一个页表变量page_table，用来表示内存中的页帧数和当前页表。

2. 然后，需要定义一个FIFO队列fifo_queue，用来存储每个页面进入内存的顺序。

3. 当一个新的页面需要进入内存时，首先检查该页面是否已经在内存中。如果在内存中，则不需要进行任何操作；否则，将该页面加入到FIFO队列的末尾，并将最早进入内存的页面从页表和FIFO队列中删除。

4. 当需要置换一个页面时，直接从FIFO队列的头部取出最早进入内存的页面，并将该页面从页表和FIFO队列中删除。

5. 最后，对于每个页面的访问，需要统计缺页率和页面置换次数，以便进行算法性能的评估。

代码实现：

#include <stdio.h>

#define MAX_FRAMES 5
#define MAX_PAGES 20

int frames[MAX_FRAMES];
int page_table[MAX_PAGES];
int fifo_queue[MAX_FRAMES];
int front = 0, rear = 0;
int page_faults = 0;
int page_replacements = 0;

void init() {
    int i;
    for (i = 0; i < MAX_FRAMES; i++) {
        frames[i] = -1;
        fifo_queue[i] = -1;
    }
    for (i = 0; i < MAX_PAGES; i++) {
        page_table[i] = -1;
    }
}

void print_frames() {
    int i;
    for (i = 0; i < MAX_FRAMES; i++) {
        if (frames[i] == -1) {
            printf(" ");
        } else {
            printf("%d", frames[i]);
        }
        printf("\t");
    }
}

void print_page_table() {
    int i;
    printf("\nPage Table:\n");
    printf("Page\tFrame\n");
    for (i = 0; i < MAX_PAGES; i++) {
        if (page_table[i] == -1) {
            printf("%d\t-\n", i);
        } else {
            printf("%d\t%d\n", i, page_table[i]);
        }
    }
}

void print_fifo_queue() {
    int i;
    printf("\nFIFO Queue:\n");
    printf("Front -> ");
    for (i = front; i < rear; i++) {
        printf("%d -> ", fifo_queue[i]);
    }
    printf("Rear\n");
}

int is_page_in_frames(int page) {
    int i;
    for (i = 0; i < MAX_FRAMES; i++) {
        if (frames[i] == page) {
            return 1;
        }
    }
    return 0;
}

void fifo_page_replacement(int page) {
    if (rear < MAX_FRAMES) {
        frames[rear] = page;
        fifo_queue[rear] = page;
        rear++;
    } else {
        int victim = fifo_queue[front];
        front++;
        int i;
        for (i = 0; i < MAX_FRAMES; i++) {
            if (frames[i] == victim) {
                frames[i] = page;
            }
        }
    }
    page_faults++;
    page_table[page] = rear - 1;
    page_replacements++;
}

int main() {
    init();
    int pages[] = {0, 5, 3, 6, 4, 3, 2, 7, 6, 3, 1, 4, 5, 2, 4, 6, 0, 3, 7, 1};
    int i;
    for (i = 0; i < MAX_PAGES; i++) {
        int page = pages[i];
        printf("\nPage %d:\n", page);
        if (is_page_in_frames(page)) {
            printf("Page %d is already in frames.\n", page);
        } else {
            printf("Page %d is not in frames.\n", page);
            fifo_page_replacement(page);
            print_frames();
        }
        print_page_table();
        print_fifo_queue();
    }
    printf("\nTotal Page Faults: %d\n", page_faults);
    printf("Total Page Replacements: %d\n", page_replacements);
    printf("Page Fault Rate: %.2f%%\n", (float) page_faults / MAX_PAGES * 100);
    printf("Page Replacement Rate: %.2f%%\n", (float) page_replacements / MAX_PAGES * 100);
    return 0;
}

这段代码实现了FIFO页面置换算法，通过模拟一个页表和一个FIFO队列，来进行页面置换。可以通过修改MAX_FRAMES和MAX_PAGES来改变页帧数和页面数，以便进行不同规模的测试。