页面调度算法处理缺页中断

本实验要求模拟分页式虚拟存储管理中硬件的地址转换和缺页中断，以及选择页面调度算法处理缺页中断。以此来加深对虚拟存储的理解。

第一题：模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断。

第二题：用先进先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中断。

第三题：用最近最少用（LRU）页面调度算法处理缺页中断。

注：网上代码很多，但我借鉴的那篇，它的LRU算法的解题思想与主流不一样，我对其做了修正。

编程语言：C/C++

编译环境：Vs Code

运行结果截图：

FIFO算法：

LRU算法：

源代码：

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include <string.h>
#include <iostream>
using namespace std;
#define PROCESSLOGICPAGE 7  // 进程的逻辑页数
#define SIZEOFPAGE 128      // 每个页面的大小
#define PROCESSPAGENUMBER 4 // 给予进程的页框数struct pageinfo //页表
{bool flag;                // 标志位, 1 为已经在主存中 0 为不在主存中int block;                // 主存块号int disk;                 // 在磁盘上的位置bool revise;              // 修改标志, 1 为被修改 0 为未被修改
} pagelist[PROCESSLOGICPAGE]; // 页表int pageQueuePointer = 0;     // 队列指针，指向调出的页面
int queue[PROCESSPAGENUMBER]; // 主存页号队列void init() // 初始化页表
{queue[0] = 0;queue[1] = 1;queue[2] = 2;queue[3] = 3;pagelist[0].flag = 1;pagelist[0].block = 5;pagelist[0].disk = 011;pagelist[1].flag = 1;pagelist[1].block = 8;pagelist[1].disk = 012;pagelist[2].flag = 1;pagelist[2].block = 9;pagelist[2].disk = 013;pagelist[3].flag = 1;pagelist[3].block = 1;pagelist[3].disk = 021;pagelist[4].disk = 022;pagelist[5].disk = 023;pagelist[6].disk = 121;
}void showPageListCondition()
{printf("\n-------------Information of pagelist-------------\n");printf("页号\t标志位\t页框号\t在磁盘上的位置\t修改标志\n");for (int i = 0; i < PROCESSLOGICPAGE; i++)printf("%d\t%d\t %d\t %d\t\t %d\n", i, pagelist[i].flag, pagelist[i].block, pagelist[i].disk, pagelist[i].revise);printf("------------------------------------------This is the dividing line.--------------------------------------------------\n");
}void pageFault() // 缺页中断
{int page, unit;string select;do{printf("请输入指令的页号和单元号:\n");if (scanf("%d %d", &page, &unit) != 2){cin >> select;if (select == "exit")break;}if (unit >= SIZEOFPAGE || unit < 0 || page < 0 || page >= PROCESSLOGICPAGE){printf("页号或单元号超出范围，请重新输入\n");continue;}else{if (pagelist[page].flag) // 该页在主存中{int result = pagelist[page].block * SIZEOFPAGE + unit;cout << "绝对地址为:" << pagelist[page].block << "*" << SIZEOFPAGE << "+" << unit << "=" << result << 'B' << endl;}else // 该页不在主存中printf("发生缺页中断:* %d\n", page);}} while (true);
}void pageFault_FIFO()
{int page, unit;string select;do{printf("请输入指令的:\n页号 单元号 是否为存指令(y/n) \n");if (scanf("%d %d", &page, &unit) != 2) // 输入页号和单元号{cin >> select;if (select == "exit") // 输入exit退出break;}if (unit >= SIZEOFPAGE || unit < 0 || page < 0 || page >= PROCESSLOGICPAGE){printf("页号或单元号超出范围，请重新输入\n");cin >> select;continue;}else{cin >> select;           // 读入是否为存指令if (pagelist[page].flag) // 该页在主存中{int result = pagelist[page].block * SIZEOFPAGE + unit;cout << "绝对地址为:" << pagelist[page].block << "*" << SIZEOFPAGE << "+" << unit << "=" << result << 'B' << endl;if (select[0] == 'Y' || select[0] == 'y') // 是存指令，修改标志为“1”pagelist[page].revise = 1;}else // 该页不在主存中，产生缺页中断{pagelist[page].revise = 0; // 将页块修改标志置为“0”pagelist[queue[pageQueuePointer]].flag = 0;  // 从主存中调出该页printf("Bring up: %d\t\tWrite back to disk: %s\n", queue[pageQueuePointer], pagelist[queue[pageQueuePointer]].revise ? "True" : "False"); //输出调出的页号printf("Call in: %d\n", page);  //输出装入的页号pagelist[page].block = pagelist[queue[pageQueuePointer]].block; // 将该页的块号更新为被调出的页面的块号pagelist[page].flag = 1;   // 将该页标志置为“1”queue[pageQueuePointer] = page; // 将该页号放入队列pageQueuePointer = (pageQueuePointer + 1) % PROCESSPAGENUMBER;  // 队列指针后移}}} while (true);printf("------------------------------------------This is the dividing line.--------------------------------------------------\n");printf("主存页号队列为(第一个队首元素为下一个要被调出的页号):\n");for (int i = pageQueuePointer; i < PROCESSPAGENUMBER; i++)printf("%d\t", queue[i]);for (int i = 0; i < pageQueuePointer; i++)printf("%d\t", queue[i]);printf("\n");
}int findSubpoint(int page)
{for (int i = 0; i < PROCESSPAGENUMBER; i++)if (queue[i] == page)return i;return PROCESSPAGENUMBER - 1;
}void pageFault_LRU()
{int page, unit;string select;do{printf("请输入指令的:\n页号 单元号 是否为存指令(y/n) \n");if (scanf("%d %d", &page, &unit) != 2){cin >> select;if (select == "exit")break;}if (unit >= SIZEOFPAGE || unit < 0 || page < 0 || page >= PROCESSLOGICPAGE){printf("页号或单元号超出范围，请重新输入\n");cin >> select;continue;}else{cin >> select;           // 读入是否为存指令if (pagelist[page].flag) // 该页在主存中{int result = pagelist[page].block * SIZEOFPAGE + unit;cout << "绝对地址为:" << pagelist[page].block << "*" << SIZEOFPAGE << "+" << unit << "=" << result << 'B' << endl;if (select[0] == 'Y' || select[0] == 'y') // 是存指令，修改标志为“1”pagelist[page].revise = 1;for (int i = findSubpoint(page); i > 0; i--)queue[i] = queue[i - 1];queue[0] = page;}else // 该页不在主存中，产生缺页中断{pagelist[page].revise = 0;   // 将页块修改标志置为“0”pagelist[queue[PROCESSPAGENUMBER - 1]].flag = 0;    // 调出队尾元素printf("Bring up: %d\t\tWrite back to disk: %s\n", queue[PROCESSPAGENUMBER - 1], pagelist[queue[PROCESSPAGENUMBER - 1]].revise ? "True" : "False"); //输出调出的页号printf("Call in: %d\n", page);  //输出装入的页号pagelist[page].block = pagelist[queue[PROCESSPAGENUMBER - 1]].block;pagelist[page].flag = 1;queue[PROCESSPAGENUMBER - 1] = page;for (int i = PROCESSPAGENUMBER - 1; i > 0; i--)queue[i] = queue[i - 1];queue[0] = page;}}} while (true);printf("------------------------------------------This is the dividing line.--------------------------------------------------\n");printf("主存页号队列为(第一个队首页号为最近一次访问,最后一个队尾页号为下一次调出页号):\n");for (int i = 0; i < PROCESSPAGENUMBER; i++)printf("%d\t", queue[i]);printf("\n");
}int main()
{int select;string s;do{init();printf("\n********Page scheduling algorithm simulation********\n");printf("1.第一题  2.第二题  3.第三题  exit.退出\n");if (scanf("%d", &select) != 1){cin >> s;if (s == "exit")break;}else{system("cls");if (select == 1){printf("******************Basic simulation******************\n");showPageListCondition();pageFault();}if (select == 2){printf("********FIFO scheduling algorithm simulation********\n");showPageListCondition();pageFault_FIFO();}if (select == 3){printf("*********LRU scheduling algorithm simulation*********\n");showPageListCondition();pageFault_LRU();}}for (int i = 0; i < PROCESSLOGICPAGE; i++){pagelist[i].flag = 0;pagelist[i].block = 0;pagelist[i].revise = 0;}} while (true);return 0;
}

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