用c++实现设计一个页面替换的虚拟存储管理方案,编程模拟实现页面淘汰和替换过程,并输出页 面分配状态和缺页中断率。 可选做下面页面替换算法之一(自评为 A 或 B 的同学至少选做其中 2 个算法实验): 1) 最佳页面调度算法 OPT 2) 先进先出页面调度算法 FIFO 3) 最近最少使用页面调度算法 LRU 4) 时钟页面调度算法 Clock 要求:可用页框数和访问的页面序列长度可修改,并比较不同页框数对缺页中断率的 影响,在“实验结果”栏进行分析。

时间: 2023-11-27 17:49:21 浏览: 147
这是一道比较典型的操作系统课程设计题目,下面是一个简单的 C++ 实现示例: ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> #define PAGE_SIZE 4 using namespace std; vector<int> pages; // 存储访问序列 vector<int> frames; // 存储页帧 vector<int> counters; // 存储时钟算法用到的计数器 int num_page_faults = 0; // 缺页中断次数 // 初始化页帧和计数器 void init(int num_frames) { frames.clear(); counters.clear(); num_page_faults = 0; for (int i = 0; i < num_frames; i++) { frames.push_back(-1); counters.push_back(0); } } // 输出页帧和计数器状态 void print_state() { cout << "Frames: "; for (int i = 0; i < frames.size(); i++) { if (frames[i] == -1) { cout << "- "; } else { cout << frames[i] << " "; } } cout << endl; cout << "Counters: "; for (int i = 0; i < counters.size(); i++) { cout << counters[i] << " "; } cout << endl; } // 最佳页面调度算法 int opt_algorithm(int page, int start) { int index = -1, farthest = start; for (int i = 0; i < frames.size(); i++) { if (find(pages.begin() + start, pages.end(), frames[i]) == pages.end()) { return i; } else { int dist = find(pages.begin() + start, pages.end(), frames[i]) - pages.begin(); if (dist > farthest) { farthest = dist; index = i; } } } return index; } // 先进先出页面调度算法 int fifo_algorithm(int page, int start) { for (int i = 0; i < frames.size(); i++) { if (frames[i] == -1) { return i; } } return start % frames.size(); } // 最近最少使用页面调度算法 int lru_algorithm(int page, int start) { int index = -1, farthest = start; for (int i = 0; i < frames.size(); i++) { if (find(pages.begin() + start, pages.end(), frames[i]) == pages.end()) { return i; } else { int dist = find(pages.rbegin(), pages.rend() - start, frames[i]) - pages.rbegin(); if (dist > farthest) { farthest = dist; index = i; } } } return index; } // 时钟页面调度算法 int clock_algorithm(int page, int start) { while (true) { for (int i = 0; i < frames.size(); i++) { if (frames[i] == -1) { return i; } else if (counters[i] == 0) { counters[i] = 1; return i; } else { counters[i] = 0; } } } } // 模拟虚拟内存管理 void simulate(int num_frames, int algorithm) { init(num_frames); // 初始化页帧和计数器 cout << "Algorithm: "; switch(algorithm) { // 输出所选算法名称 case 1: cout << "OPT"; break; case 2: cout << "FIFO"; break; case 3: cout << "LRU"; break; case 4: cout << "Clock"; break; default: break; } cout << endl; for (int i = 0; i < pages.size(); i++) { // 模拟访问序列 int page = pages[i]; int index = -1; switch(algorithm) { // 根据所选算法选择页面替换策略 case 1: index = opt_algorithm(page, i + 1); break; case 2: index = fifo_algorithm(page, i + 1); break; case 3: index = lru_algorithm(page, i + 1); break; case 4: index = clock_algorithm(page, i + 1); break; default: break; } if (frames[index] != page) { // 如果页面未命中,则执行页面替换 frames[index] = page; counters[index] = 1; num_page_faults++; } print_state(); // 输出当前页帧和计数器状态 } cout << "Page fault rate: " << (double)num_page_faults / pages.size() << endl; // 输出缺页中断率 } int main() { pages = {1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}; // 设置访问序列 int num_frames = 3; // 设置页帧数 simulate(num_frames, 1); // 最佳页面调度算法 simulate(num_frames, 2); // 先进先出页面调度算法 simulate(num_frames, 3); // 最近最少使用页面调度算法 simulate(num_frames, 4); // 时钟页面调度算法 return 0; } ``` 这段程序模拟了一个虚拟内存管理器,可以选择不同的页面替换算法来模拟页面淘汰和替换过程,并输出页面分配状态和缺页中断率。在这个例子中,我们设置了一个访问序列和一个固定的页帧数,以便比较不同算法在不同条件下的效果。
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