算法计算访问命中率.

设计一个虚拟存储区和内存工作区,并使用下列算法计算访问命中率.

（1）进先出的算法（FIFO）

（2）最近最少使用的算法（LRU）

（3）最佳淘汰算法(OPT)

（4）最少访问页面算法(LFU)

（5）最近最不经常使用算法(NUR)

命中率=(1-页面失效次数)/页地址流长度

#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define INVALID -1
#define NULL  0
#define  total_instruction 320     /*指令流长*/
#define  total_vp  32               /*虚页长*/
#define  clear_period  50           /*清0周期*/
typedef struct                      /*页面结构*/
{
int pn;//页号 logic number
int pfn; //页面框架号 physical frame number
int counter;//计数器
int time;//时间
}pl_type;
pl_type pl[total_vp];               /*页面线性结构---指令序列需要使用地址*/
typedef struct pfc_struct                  /*页面控制结构，调度算法的控制结构*/
{
int pn;
int pfn;
struct pfc_struct *next;
}pfc_type;
pfc_type pfc[total_vp], *freepf_head, *busypf_head, *busypf_tail;
int diseffect,  a[total_instruction]; /* a[]为指令序列*/
int page[total_instruction],  offset[total_instruction];/*地址信息*/
int  initialize(int);
int  FIFO(int);
int  LRU(int);
int  LFU(int);
int  NUR(int); //not use recently
int  OPT(int);
int main( )
{
int s,i,j;
srand(10*getpid());                    /*由于每次运行时进程号不同，故可用来作为初始化随机数队列的“种子”*/
s=(float)319*rand( )/32767/32767/2+1;  /*正态分布*/
for(i=0;i<total_instruction;i+=4)        /*产生指令队列*/
{
if(s<0||s>319)
{
printf("When i==%d,Error,s==%d\n",i,s);
exit(0);
}
a[i]=s;                                   /*任选一指令访问点m*/
a[i+1]=a[i]+1;                            /*顺序执行一条指令*/
a[i+2]=(float)a[i]*rand( )/32767/32767/2; /*执行前地址指令m*/
a[i+3]=a[i+2]+1;                          /*顺序执行一条指令*/
s=(float)(318-a[i+2])*rand( )/32767/32767/2+a[i+2]+2;
if((a[i+2]>318)||(s>319))
printf("a[%d+2],a number which is :%d and s==%d\n",i,a[i+2],s);
}
for (i=0;i<total_instruction;i++) /*将指令序列变换成页地址流*/
{
page[i]=a[i]/10;
offset[i]=a[i]%10;
}
for(i=4;i<=32;i++)   /*用户内存工作区从4个页面到32个页面*/
{
printf("---%2d page frames---\n",i);
FIFO(i);
LRU(i);
LFU(i);
NUR(i);
OPT(i);
}
return 0;
}
/*初始化相关数据结构 total_pf表示内存的块数 */
int initialize(int total_pf)
{
int i;
diseffect=0;
for(i=0;i<total_vp;i++)
{
pl[i].pfn=INVALID;       /*置页面控制结构中的页号，页面为空*/
pl[i].counter=0;         /*页面控制结构中的访问次数为0*/
pl[i].time=-1;           /*访问的时间*/
}
for(i=0;i<total_pf-1;i++) /*建立pfc[i-1]和pfc[i]之间的链接*/
{
pfc[i].next=&pfc[i+1];
pfc[i].pfn=i;
}
pfc[total_pf-1].next=NULL;
pfc[total_pf-1].pfn=total_pf-1;
freepf_head=&pfc[0];         /*空页面队列的头指针为pfc[0]*/
return 0;
}
int FIFO(int total_pf)              /*先进先出算法total_pf:用户进程的内存页面数*/
{
int i,j;
pfc_type *p;                    /*中间变量*/
initialize(total_pf);         /*初始化相关页面控制用数据结构*/
busypf_head=busypf_tail=NULL; /*忙页面队列头，队列尾链接*/
for(i=0;i<total_instruction;i++)
{
if(pl[page[i]].pfn==INVALID)   /*页面失效*/
{
diseffect+=1;                  /*失效次数*/
if(freepf_head==NULL)         /*无空闲页面*/
{
p=busypf_head->next;
pl[busypf_head->pn].pfn=INVALID;
freepf_head=busypf_head;  /*释放忙页面队列的第一个页面*/
freepf_head->next=NULL;  /*表明还是缺页*/
busypf_head=p;
}
p=freepf_head->next;
freepf_head->pn=page[i];
pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;
freepf_head->next=NULL; /*使busy的尾为null*/
if(busypf_tail==NULL)
{
busypf_tail=busypf_head=freepf_head;
}
else
{
busypf_tail->next=freepf_head;
busypf_tail=freepf_head;
}
freepf_head=p;
}
}
printf("FIFO:%6.4f\n",1-(float)diseffect/320);
return 0;
}
int LRU (int total_pf)       /*最近最久未使用算法least recently used*/
{
int min,minj,i,j,present_time; /*minj为最小值下标*/
initialize(total_pf);
present_time=0;
for(i=0;i<total_instruction;i++)
{
if(pl[page[i]].pfn==INVALID)             /*页面失效*/
{
diseffect++;
if(freepf_head==NULL)              /*无空闲页面*/
{
min=32767;                     /*设置最大值*/
for(j=0;j<total_vp;j++)            /*找出time的最小值*/
{
if(min>pl[j].time&&pl[j].pfn!=INVALID)
{
min=pl[j].time;
minj=j;
}
}
freepf_head=&pfc[pl[minj].pfn];   //腾出一个单元
pl[minj].pfn=INVALID;
pl[minj].time=0;
freepf_head->next=NULL;
}
pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;   //有空闲页面,改为有效
pl[page[i]].time=present_time;
freepf_head=freepf_head->next;      //减少一个free 页面
}
else
{
pl[page[i]].time=present_time;        //命中则增加该单元的访问次数
present_time++;
}
}
printf("LRU:%6.4f\n",1-(float)diseffect/320);
return 0;
}
int NUR(int  total_pf )                  /*最近未使用算法Not Used recently count表示*/
{
int i,j,dp,cont_flag,old_dp;
pfc_type *t;
initialize(total_pf);
dp=0;
for(i=0;i<total_instruction;i++)
{
if (pl[page[i]].pfn==INVALID)         /*页面失效*/
{
diseffect++;
if(freepf_head==NULL)               /*无空闲页面*/
{
cont_flag=TRUE;
old_dp=dp;
while(cont_flag)
{
if(pl[dp].counter==0&&pl[dp].pfn!=INVALID)
cont_flag=FALSE;
else
{
dp++;
if(dp==total_vp)
dp=0;
if(dp==old_dp)
for(j=0;j<total_vp;j++)
pl[j].counter=0;
}
}
freepf_head=&pfc[pl[dp].pfn];
pl[dp].pfn=INVALID;
freepf_head->next=NULL;
}
pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;
freepf_head->pn=page[i];
freepf_head=freepf_head->next;
}
else
pl[page[i]].counter=1;
if(i%clear_period==0)
for(j=0;j<total_vp;j++)
pl[j].counter=0;
}
printf("NUR:%6.4f\n",1-(float)diseffect/320);
return 0;
}
int OPT(int total_pf)       /*最佳置换算法*/
{
int i,j, max,maxpage,d,dist[total_vp];
pfc_type *t;
initialize(total_pf);
for(i=0;i<total_instruction;i++)
{
if(pl[page[i]].pfn==INVALID)      /*页面失效*/
{
diseffect++;
if(freepf_head==NULL)         /*无空闲页面*/
{
for(j=0;j<total_vp;j++)
{
if(pl[j].pfn!=INVALID)
dist[j]=32767;
else
dist[j]=0;
}
for(j=0;j<total_vp;j++)
{
if((pl[j].pfn!=INVALID)&&(dist[j]==32767))
{
dist[j]=j;
}
}
max=0;
for(j=0;j<total_vp;j++)
if(max<dist[j])
{
max=dist[j];
maxpage=j;
}
freepf_head=&pfc[pl[maxpage].pfn];
freepf_head->next=NULL;
pl[maxpage].pfn=INVALID;
}
pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;
freepf_head=freepf_head->next;
}
}
printf("OPT:%6.4f\n",1-(float)diseffect/320);
return 0;
}
/*该算法时根据已知的预测未知的，least frequency  Used是最不经常使用置换法*/
int  LFU(int total_pf)
{
int i,j,min,minpage;
pfc_type *t;
initialize(total_pf);
for(i=0;i<total_instruction;i++)
{
if(pl[page[i]].pfn==INVALID)      /*页面失效*/
{
diseffect++;
if(freepf_head==NULL)          /*无空闲页面*/
{
min=32767;
/*获取counter的使用用频率最小的内存*/
for(j=0;j<total_vp;j++)
{
if(min>pl[j].counter&&pl[j].pfn!=INVALID)
{
min=pl[j].counter;
minpage=j;
}
}
freepf_head=&pfc[pl[minpage].pfn];
pl[minpage].pfn=INVALID;
pl[minpage].counter=0;
freepf_head->next=NULL;
}
pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;   //有空闲页面,改为有效
pl[page[i]].counter++;
freepf_head=freepf_head->next;      //减少一个free 页面
}
else
{
pl[page[i]].counter;
pl[page[i]].counter=pl[page[i]].counter+1;
}
}
printf("LFU:%6.4f\n",1-(float)diseffect/320);
return 0;
}

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