【南邮操作系统实验】页面置换算法 （FIFO、LRU、OPT）Java 版
2024-06-03 19:42:39
页面置换算法Java版
- 先进先出置换算法（FIFO）
- 最近最久未使用置换算法（LRU）
- 最佳置换算法（OPT）
帮女朋友写了份 Python版的，Python版戳这里
帮女朋友舍友写了份 C++ 版的，C++版戳这里
老样子，我做实验的原则都是不参考任何网上代码，made by myself。
可能实现的不是很好，但是至少效果达到了。
不过这次实验简单到爆了~应该怎么写都能写出来，以下为源码：
先进先出置换算法（FIFO）
import java.util.Scanner;
import java.util.Stack;/*** FIFO页面替换算法* Author:陆振宇* time:2019.11.30*/
public class FIFO {int frameNum; // 分配给该作业的物理页框数int[] pageFrame; // 物理页框int pageNum; // 作业的页面走向总次数int[] page; // 作业的页面走向Stack<Integer> stack = new Stack<>(); // 存放淘汰页面的栈// Set<Integer> set = new TreeSet<>(); // 存放淘汰页面的set集合private void fifoRun() {Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.print("请输入分配给该作业的物理页框块数：");this.frameNum = scanner.nextInt(); // 物理页框数System.out.print("请输入该作业的页面走向：");scanner.nextLine(); // 控制输入格式String inputPages = scanner.nextLine();String[] split = inputPages.split("\\s+|,|，");this.pageNum = split.length; // 作业的页面走向总次数page = new int[pageNum]; // 作业的页面走向for (int i = 0; i < pageNum; i++) {this.page[i] = Integer.parseInt(split[i]);}pageFrame = new int[frameNum]; // 物理页框int pageMissNum = 0; // 缺页次数int count = 0;int helpNum = 0; // 实现 FIFO 算法while (count < pageNum) {System.out.println("第" + (count+1) + "次：");boolean isMiss = true; // 判断本次是否缺页boolean isEmpty = true; // 判断物理页框中是否有空位boolean isExist = false; // 判断物理页框中是否存在本次页面走向// 判断物理页框中是否已经存在本次页面走向for (int i = 0; i < frameNum; i++) {if (page[count] == pageFrame[i]) {isExist = true;break;}}// 若本次页面走向,物理页框中已存在，则直接进入下次页面走向if (isExist == true){System.out.println("本次页面走向，页框中已经存在！");System.out.print("目前物理页框中页面走向为：");for (int i : pageFrame) {System.out.print(i + " ");}System.out.println();count++;continue;}// 判断物理页框有无空位for (int i = 0 ; i < frameNum ; i++){if (pageFrame[i] == 0){isEmpty = true;break;}else{isEmpty = false;}}// 本次页面走向,物理页框中不存在，且有空位，按顺序放入if (isExist == false && isEmpty == true){for (int i = 0; i < frameNum; i++) {if (pageFrame[i] == 0) { // 物理页框中有空位则放入pageFrame[i] = page[count];break; // 从头开始找，找到一个空位即可}}}// 实现 FIFO 算法// 本次页面走向，物理页框中不存在，且物理页框中没有空位了if (isExist == false && isEmpty == false){// 此时的 pageFrame[helpNum%frameNum] 为淘汰页面stack.push(pageFrame[helpNum%frameNum]); // 淘汰页面入栈System.out.println("本次淘汰页面：" + pageFrame[helpNum%frameNum]);pageFrame[helpNum%frameNum] = page[count]; // 先进先出helpNum++;}if (isMiss == true){ // 计算缺页次数pageMissNum++;}System.out.print("目前物理页框中页面走向为：");for (int i : pageFrame) {System.out.print(i + " ");}System.out.println();count++;}System.out.println();System.out.println("缺页次数：" + pageMissNum + "次");System.out.println("一共调用: " + pageNum + "次");System.out.println("缺页中断率：" + pageMissNum*1.0/pageNum*100 + "%" );System.out.print("淘汰页面：");for (Integer integer : stack) {System.out.print(integer + " ");}}public static void main(String[] args) {FIFO fifo = new FIFO();fifo.fifoRun();}}
运行效果：
请输入分配给该作业的物理页框块数：3
请输入该作业的页面走向：2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2
第1次：
目前物理页框中页面走向为：2 0 0
第2次：
目前物理页框中页面走向为：2 3 0
第3次：
本次页面走向，页框中已经存在！
目前物理页框中页面走向为：2 3 0
第4次：
目前物理页框中页面走向为：2 3 1
第5次：
本次淘汰页面：2
目前物理页框中页面走向为：5 3 1
第6次：
本次淘汰页面：3
目前物理页框中页面走向为：5 2 1
第7次：
本次淘汰页面：1
目前物理页框中页面走向为：5 2 4
第8次：
本次页面走向，页框中已经存在！
目前物理页框中页面走向为：5 2 4
第9次：
本次淘汰页面：5
目前物理页框中页面走向为：3 2 4
第10次：
本次页面走向，页框中已经存在！
目前物理页框中页面走向为：3 2 4
第11次：
本次淘汰页面：2
目前物理页框中页面走向为：3 5 4
第12次：
本次淘汰页面：4
目前物理页框中页面走向为：3 5 2 缺页次数：9次
一共调用: 12次
缺页中断率：75.0%
淘汰页面：2 3 1 5 2 4
最近最久未使用置换算法（LRU）
import java.util.Scanner;
import java.util.Stack;/*** LRU最近最久未使用页面置换算法* Author:陆振宇* time:2019.11.30*/
public class LRU {int frameNum; // 分配给该作业的物理页框数int[] pageFrame; // 物理页框int pageNum; // 作业的页面走向总次数int[] pages; // 作业的页面走向Stack<Integer> stack = new Stack<>(); // 存放淘汰页面的栈private void lruRun() {Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.print("请输入分配给该作业的物理页框块数：");this.frameNum = scanner.nextInt(); // 物理页框数System.out.print("请输入该作业的页面走向：");scanner.nextLine(); // 控制输入格式String inputPages = scanner.nextLine();String[] split = inputPages.split("\\s+|,|，");this.pageNum = split.length; // 作业的页面走向总次数pages = new int[pageNum]; // 作业的页面走向for (int i = 0; i < pageNum; i++) {this.pages[i] = Integer.parseInt(split[i]);}pageFrame = new int[frameNum]; // 物理页框int pageMissNum = 0; // 缺页次数int count = 0;while (count < pageNum) {System.out.println("第" + (count+1) + "次：");boolean isMiss = true; // 判断本次是否缺页boolean isEmpty = true; // 判断物理页框中是否有空位boolean isExist = false; // 判断物理页框中是否存在本次页面走向// Queue<Integer> usedPage = new LinkedList<>(); // 保存之前的页面走向// usedPage.offer(pages[count]); // 将页面走向进队// 判断物理页框中是否已经存在本次页面走向for (int i = 0; i < frameNum; i++) {if (pages[count] == pageFrame[i]) {isExist = true;break;}}// 若本次页面走向,物理页框中已存在，则直接进入下次页面走向if (isExist == true){System.out.println("本次页面走向，页框中已经存在！");System.out.print("目前物理页框中页面走向为：");for (int i : pageFrame) {System.out.print(i + " ");}System.out.println();count++;continue;}// 判断物理页框有无空位for (int i = 0 ; i < frameNum ; i++){if (pageFrame[i] == 0){isEmpty = true;break;}else{isEmpty = false;}}// 本次页面走向,物理页框中不存在，且有空位，按顺序放入if (isExist == false && isEmpty == true){for (int i = 0; i < frameNum; i++) {if (pageFrame[i] == 0) { // 物理页框中有空位则放入pageFrame[i] = pages[count];break; // 从头开始找，找到一个空位即可}}}// 本次页面走向，物理页框中不存在，且物理页框中没有空位了// 实现 LRU 算法if (!isExist && !isEmpty){for (int i = 0 ; i < frameNum ; i++){if (pages[count-frameNum] == pageFrame[i]){stack.push(pageFrame[i]); // 淘汰页面入栈pageFrame[i] = pages[count];}}}if (isMiss == true){ // 计算缺页次数pageMissNum++;}System.out.print("目前物理页框中页面走向为：");for (int i : pageFrame) {System.out.print(i + " ");}System.out.println();count++;}System.out.println();System.out.println("缺页次数：" + pageMissNum + "次");System.out.println("一共调用: " + pageNum + "次");System.out.println("缺页中断率：" + pageMissNum*1.0/pageNum*100 + "%" );System.out.print("淘汰页面：");for (Integer integer : stack) {System.out.print(integer + " ");}}public static void main(String[] args) {LRU lru = new LRU();lru.lruRun();}}
运行结果：
请输入分配给该作业的物理页框块数：3
请输入该作业的页面走向：2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2
第1次：
目前物理页框中页面走向为：2 0 0
第2次：
目前物理页框中页面走向为：2 3 0
第3次：
本次页面走向，页框中已经存在！
目前物理页框中页面走向为：2 3 0
第4次：
目前物理页框中页面走向为：2 3 1
第5次：
目前物理页框中页面走向为：2 5 1
第6次：
本次页面走向，页框中已经存在！
目前物理页框中页面走向为：2 5 1
第7次：
目前物理页框中页面走向为：2 5 4
第8次：
本次页面走向，页框中已经存在！
目前物理页框中页面走向为：2 5 4
第9次：
目前物理页框中页面走向为：3 5 4
第10次：
目前物理页框中页面走向为：3 5 2
第11次：
本次页面走向，页框中已经存在！
目前物理页框中页面走向为：3 5 2
第12次：
本次页面走向，页框中已经存在！
目前物理页框中页面走向为：3 5 2 缺页次数：7次
一共调用: 12次
缺页中断率：58.333333333333336%
淘汰页面：3 1 2 4
最佳置换算法（OPT）
import java.util.Scanner;
import java.util.Stack;/*** OPT最佳页面置换算法* Author:陆振宇* time:2019.11.30*/
public class OPT {int pageFrameNum; // 分配给该作业的物理页框数int[] pageFrame; // 物理页框int pageFrontNum; // 作业的页面走向总次数int[] pages; // 作业的页面走向Stack<Integer> stack = new Stack<>(); // 存放淘汰页面的栈private void optRun() {Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.print("请输入分配给该作业的物理页框块数：");this.pageFrameNum = scanner.nextInt(); // 物理页框数System.out.print("请输入该作业的页面走向：");scanner.nextLine(); // 控制输入格式String inputPages = scanner.nextLine();String[] split = inputPages.split("\\s+|,|，");this.pageFrontNum = split.length; // 作业的页面走向总次数pages = new int[pageFrontNum]; // 作业的页面走向for (int i = 0; i < pageFrontNum; i++) {this.pages[i] = Integer.parseInt(split[i]);}pageFrame = new int[pageFrameNum]; // 物理页框int pageMissNum = 0; // 缺页次数int count = 0;while (count < pageFrontNum) {System.out.println("第" + (count+1) + "次：");boolean isMiss = true; // 判断本次是否缺页boolean isEmpty = true; // 判断物理页框中是否有空位boolean isExist = false; // 判断物理页框中是否存在本次页面走向// 判断物理页框中是否已经存在本次页面走向for (int i = 0; i < pageFrameNum; i++) {if (pages[count] == pageFrame[i]) {isExist = true;break;}}// 若本次页面走向,物理页框中已存在，则直接进入下次页面走向if (isExist == true){System.out.println("本次页面走向，页框中已经存在！");System.out.print("目前物理页框中页面走向为：");for (int i : pageFrame) {System.out.print(i + " ");}System.out.println();count++;continue;}// 判断物理页框有无空位for (int i = 0; i < pageFrameNum; i++){if (pageFrame[i] == 0){isEmpty = true;break;}else{isEmpty = false;}}// 本次页面走向,物理页框中不存在，且有空位，按顺序放入if (isExist == false && isEmpty == true){for (int i = 0; i < pageFrameNum; i++) {if (pageFrame[i] == 0) { // 物理页框中有空位则放入pageFrame[i] = pages[count];break; // 从头开始找，找到一个空位即可}}}// 本次页面走向，物理页框中不存在，且物理页框中没有空位了// 实现 OPT 算法if (isExist == false && isEmpty == false){boolean isExistEle = false; // 是否存在未来不再出现的元素boolean isFound = false; // 是否找到未来下标的元素int frameIndex = 0; // 记录的物理页框下标Stack<Integer> helpStack = new Stack<>(); // 辅助栈// 寻找将来不再出现的，存在于当前物理页框中的元素for (int i = 0 ; i < pageFrameNum ; i++){for (int j = count ; j < pageFrontNum ; j++){if (pageFrame[i] == pages[j]){ // 若当前物理页框中，不存在未来不再出现的元素helpStack.push(j); // 记录当前未来将遇见的下标isFound = true; // 找到未来下标的元素}}// 当前物理页框中，存在未来不再出现的元素if (!isFound){frameIndex = i; // 记录当前物理页框isExistEle = true; // 存在未来不再出现的元素break;}isFound = false;}/*for (Integer integer : helpStack) {System.out.println(integer);}System.out.println("TEST " + frameIndex);System.out.println("isExistEle " + isExistEle);System.out.println("isFound " + isFound);*/if(isExistEle){ // 存在未来不再出现的元素stack.push(pageFrame[frameIndex]); // 淘汰页面入栈pageFrame[frameIndex] = pages[count];}else{ // 不存在未来不再出的元素int t = 0;for (Integer integer : helpStack) {if(t < integer){t = integer;}}for (int i = 0 ; i < pageFrameNum ; i++){if (pageFrame[i] == pages[t]){stack.push(pageFrame[i]); // 淘汰页面入栈pageFrame[i] = pages[count];}}}}if (isMiss == true){ // 计算缺页次数pageMissNum++;}System.out.print("目前物理页框中页面走向为：");for (int i : pageFrame) {System.out.print(i + " ");}System.out.println();count++;}System.out.println();System.out.println("缺页次数：" + pageMissNum + "次");System.out.println("一共调用: " + pageFrontNum + "次");System.out.println("缺页中断率：" + pageMissNum*1.0/ pageFrontNum *100 + "%" );System.out.print("淘汰页面：");for (Integer integer : stack) {System.out.print(integer + " ");}}public static void main(String[] args) {OPT opt = new OPT();opt.optRun();}}
运行效果：
请输入分配给该作业的物理页框块数：3
请输入该作业的页面走向：2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2
第1次：
目前物理页框中页面走向为：2 0 0
第2次：
目前物理页框中页面走向为：2 3 0
第3次：
本次页面走向，页框中已经存在！
目前物理页框中页面走向为：2 3 0
第4次：
目前物理页框中页面走向为：2 3 1
第5次：
目前物理页框中页面走向为：2 3 5
第6次：
本次页面走向，页框中已经存在！
目前物理页框中页面走向为：2 3 5
第7次：
目前物理页框中页面走向为：4 3 5
第8次：
本次页面走向，页框中已经存在！
目前物理页框中页面走向为：4 3 5
第9次：
本次页面走向，页框中已经存在！
目前物理页框中页面走向为：4 3 5
第10次：
目前物理页框中页面走向为：2 3 5
第11次：
本次页面走向，页框中已经存在！
目前物理页框中页面走向为：2 3 5
第12次：
本次页面走向，页框中已经存在！
目前物理页框中页面走向为：2 3 5 缺页次数：6次
一共调用: 12次
缺页中断率：50.0%
淘汰页面：1 2 4
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