C语言实现OPT与LRU页面置换算法模拟及性能比较

本文将介绍如何使用C语言实现两种常见的页面置换算法——最优淘汰算法（OPT）和最近最少使用页面算法（LRU），并结合虚拟存储区和内存工作区的概念，设计一个模拟程序来演示这两种算法的过程。程序还包含缺页率、页面置换次数等性能指标的计算，支持物理块数量的动态调整，并具备抖动判断和Belady异常判断功能。用户可以通过输入物理块数量、访问页面总数和要访问的页面号来选择所需算法并观察结果。 在虚拟存储系统中，由于内存容量有限，不能一次性装入所有需要的页面，因此需要通过页面置换算法来决定何时以及替换哪个页面。以下是两种算法的实现原理： 1. 最优淘汰算法（OPT，也称为理想页面替换算法）： OPT算法总是能够预知未来，选择未来最远不会被访问的页面进行替换。在实际编程中，由于无法预测未来，所以实现时通常需要记录每个页面的最远未来访问时间。当需要替换页面时，选择这个时间最远的页面。在本程序中，可能需要使用额外的数据结构来存储这些信息。 2. 最近最少访问页面算法（LRU）： LRU算法基于“最近被访问过的页面更有可能在未来再次被访问”的假设。它维护一个按照访问顺序排列的页面列表，新访问的页面被插入到列表前端，而如果页面再次被访问，则将其移动到前端。当需要替换页面时，移除列表末端的页面。在C语言中，可以使用链表或数组实现这种数据结构。 程序设计包括以下几个关键部分： - 初始化队列：用于存储页面信息。 - 展示队列和内存状态：方便用户查看当前运行状态。 - 统计信息：计算缺页次数、缺页率、置换次数和命中率。 - 定位页面位置：找到页面在访问序列中的下一个访问位置。 - 页面置换：具体实现OPT和LRU的页面选择和替换逻辑。 在运行程序时，用户首先输入物理块数量、访问页面总数和页面访问序列，然后选择需要的页面置换算法。程序会模拟整个页面访问过程，计算相应的性能指标，并输出结果。此外，程序还能处理物理块数量的动态调整，以及检测抖动和Belady异常，这有助于理解页面替换策略的影响。 总结来说，这个C语言实现的模拟程序提供了一个直观的平台，帮助用户理解并比较OPT和LRU两种页面置换算法的性能。通过对不同场景的模拟，学习者可以深入理解虚拟存储的工作原理，以及这些算法在实际应用中的优缺点。