操作系统实验之页面置换算法（OPT、FIFO、LRU）C语言简单实现

好的，我可以为你提供一个简单的页面置换算法的C语言实现，包括三种算法：OPT、FIFO和LRU。代码如下：

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

#define MAX_PAGE_NUM 10 // 页面数目
#define MAX_FRAME_NUM 3 // 物理块数目

int opt_next_use[MAX_PAGE_NUM]; // 记录页面下一次使用的时间
int opt_page[MAX_FRAME_NUM]; // 物理块中存放的页面
int opt_index; // 当前需要置换的物理块索引

int fifo_page[MAX_FRAME_NUM]; // 物理块中存放的页面
int fifo_index; // 当前需要置换的物理块索引

int lru_page[MAX_FRAME_NUM]; // 物理块中存放的页面
int lru_index; // 当前需要置换的物理块索引
int lru_count[MAX_FRAME_NUM]; // 页面被使用的次数

// 初始化页面数组
void init_page(int page[]) {
    for (int i = 0; i < MAX_FRAME_NUM; i++) {
        page[i] = -1; // -1 表示物理块为空
    }
}

// 初始化 OPT 算法的 next_use 数组
void init_opt_next_use(int page[]) {
    for (int i = 0; i < MAX_PAGE_NUM; i++) {
        opt_next_use[i] = -1; // -1 表示页面不会再次使用
        for (int j = 0; j < MAX_FRAME_NUM; j++) {
            if (page[j] == i) {
                opt_next_use[i] = j;
                break;
            }
        }
    }
}

// 获取下一个需要置换的页面，返回页面在物理块中的索引
int get_opt_next_page() {
    int max_time = -1;
    int max_index = -1;
    for (int i = 0; i < MAX_FRAME_NUM; i++) {
        if (opt_next_use[opt_page[i]] > max_time) {
            max_time = opt_next_use[opt_page[i]];
            max_index = i;
        }
    }
    return max_index;
}

// 获取需要置换的页面，返回页面在物理块中的索引
int get_fifo_next_page() {
    int next_index = fifo_index % MAX_FRAME_NUM;
    fifo_index++;
    return next_index;
}

// 获取需要置换的页面，返回页面在物理块中的索引
int get_lru_next_page() {
    int min_count = lru_count[0];
    int min_index = 0;
    for (int i = 1; i < MAX_FRAME_NUM; i++) {
        if (lru_count[i] < min_count) {
            min_count = lru_count[i];
            min_index = i;
        }
    }
    return min_index;
}

// 打印物理块中存放的页面
void print_page(int page[]) {
    for (int i = 0; i < MAX_FRAME_NUM; i++) {
        if (page[i] == -1) {
            printf("- ");
        } else {
            printf("%d ", page[i]);
        }
    }
    printf("\n");
}

// OPT 算法
void opt(int reference_string[]) {
    int page_fault_count = 0;
    init_opt_next_use(opt_page);
    for (int i = 0; i < MAX_PAGE_NUM; i++) {
        int page_num = reference_string[i];
        bool page_exist = false;
        for (int j = 0; j < MAX_FRAME_NUM; j++) {
            if (opt_page[j] == page_num) {
                page_exist = true;
                break;
            }
        }
        if (!page_exist) {
            page_fault_count++;
            if (opt_index < MAX_FRAME_NUM) {
                opt_page[opt_index] = page_num;
                opt_index++;
            } else {
                int next_page_index = get_opt_next_page();
                opt_page[next_page_index] = page_num;
            }
        }
        init_opt_next_use(opt_page);
        print_page(opt_page);
    }
    printf("OPT Page Fault Count: %d\n", page_fault_count);
}

// FIFO 算法
void fifo(int reference_string[]) {
    int page_fault_count = 0;
    init_page(fifo_page);
    for (int i = 0; i < MAX_PAGE_NUM; i++) {
        int page_num = reference_string[i];
        bool page_exist = false;
        for (int j = 0; j < MAX_FRAME_NUM; j++) {
            if (fifo_page[j] == page_num) {
                page_exist = true;
                break;
            }
        }
        if (!page_exist) {
            page_fault_count++;
            int next_page_index = get_fifo_next_page();
            fifo_page[next_page_index] = page_num;
        }
        print_page(fifo_page);
    }
    printf("FIFO Page Fault Count: %d\n", page_fault_count);
}

// LRU 算法
void lru(int reference_string[]) {
    int page_fault_count = 0;
    init_page(lru_page);
    for (int i = 0; i < MAX_PAGE_NUM; i++) {
        int page_num = reference_string[i];
        bool page_exist = false;
        for (int j = 0; j < MAX_FRAME_NUM; j++) {
            if (lru_page[j] == page_num) {
                page_exist = true;
                lru_count[j]++;
                break;
            }
        }
        if (!page_exist) {
            page_fault_count++;
            if (lru_index < MAX_FRAME_NUM) {
                lru_page[lru_index] = page_num;
                lru_count[lru_index] = 1;
                lru_index++;
            } else {
                int next_page_index = get_lru_next_page();
                lru_page[next_page_index] = page_num;
                lru_count[next_page_index] = 1;
            }
        }
        print_page(lru_page);
    }
    printf("LRU Page Fault Count: %d\n", page_fault_count);
}

int main() {
    int reference_string[MAX_PAGE_NUM] = {1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, 5}; // 引用串
    opt_index = 0;
    fifo_index = 0;
    lru_index = 0;
    opt(reference_string);
    fifo(reference_string);
    lru(reference_string);
    return 0;
}

代码中包含了三个函数 opt、fifo 和 lru，分别对应 OPT、FIFO 和 LRU 算法。每个函数接收一个整型数组 reference_string，表示页面的引用串。在函数内部，程序模拟了页面置换的过程，并记录了页面缺页次数。最后输出每种算法的缺页次数。