C语言模拟页面置换算法

页面置换算法是操作系统中用于管理内存的重要算法之一。在C语言中，可以通过模拟实现常见的页面置换算法。

以下是一个示例程序，演示了最简单的FIFO页面置换算法：

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

#define PAGE_NUM 4 // 物理页框数
#define PAGE_SIZE 16 // 页面大小
#define MEM_SIZE PAGE_NUM * PAGE_SIZE // 内存大小

// 物理页框结构体
typedef struct {
    int page_id; // 页面号
    int time_stamp; // 页面进入内存的时间戳
} Page;

// 内存物理页框数组
Page memory[PAGE_NUM];

// 页面请求序列
int page_requests[] = {1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5};

// FIFO页面置换算法
void fifo(int page_id) {
    int i;
    // 判断页面是否在内存中
    for (i = 0; i < PAGE_NUM; i++) {
        if (memory[i].page_id == page_id) {
            printf("Hit! Page %d is in Memory.\n", page_id);
            return;
        }
    }
    // 页面不在内存中，进行置换
    printf("Miss! Page %d is not in Memory.\n", page_id);
    for (i = 0; i < PAGE_NUM - 1; i++) {
        memory[i] = memory[i+1];
    }
    memory[PAGE_NUM-1].page_id = page_id;
    memory[PAGE_NUM-1].time_stamp = time(NULL);
}

int main() {
    int i;
    // 初始化内存
    for (i = 0; i < PAGE_NUM; i++) {
        memory[i].page_id = -1;
        memory[i].time_stamp = 0;
    }
    // 模拟页面请求
    for (i = 0; i < sizeof(page_requests)/sizeof(int); i++) {
        fifo(page_requests[i]);
    }
    return 0;
}

在上面的程序中，我们定义了一个`Page`结构体，用于表示一个物理页框。`memory`数组表示内存中的物理页框数组，`page_requests`数组表示页面请求序列。

`fifo`函数实现了FIFO页面置换算法。首先，它会遍历`memory`数组，查找页面是否已经在内存中。如果页面已经在内存中，则直接返回。否则，页面不在内存中，进行置换操作。这里我们采用了最简单的FIFO算法，即将最早进入内存的页面替换掉。

在`main`函数中，我们首先初始化了内存中的物理页框数组。然后，我们模拟了一个页面请求序列，并依次调用`fifo`函数处理每个页面请求。在处理每个页面请求时，`fifo`函数会输出页面是否在内存中以及是否发生了缺页中断。

注意，在实际应用中，我们可能需要使用更加复杂的页面置换算法，比如LRU、LFU等算法。在实现这些算法时，我们需要维护更多的信息，比如页面最近被访问的时间戳、页面被访问的次数等。