C++实现虚拟内存页面置换算法（FIFO， OPT， LRU）

虚拟内存页面置换算法（FIFO， OPT， LRU）

0x01 FIFO

置换策略：置换掉先来的页面(FIFO队列首元素)
优点：简单易理解且易实现
缺点：性能不理想，会发生Belady异常（页框（帧）增加缺页率也增加）

0x02 OPT

最优页面置换算法（optimal page-replacement algorithm）

置换策略：根据以后使用情况置换:
置换掉以后不再用；如果没有不再使用的，置换掉相对最迟使用的。
优点：它是最优的页面置换算法，不会发生Belady异常
缺点：需要知道以后页面使用情况，实现起来困难

0x03 LRU

最近最少使用算法（Least-Recent-Used algorithm）

置换策略：根据最近使用情况（上次使用时间）置换：置换掉相对当前时刻最长时间没有使用的页面
（相对而言，最近刚用的不置换）
优点：近似最优，没有Belady异常
缺点：可能需要重要的硬件辅助，实现上比较困难

代码

以下根据个人思路所写,仅供参考

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <queue>
using namespace std;const int MAX_SIZE = 1e3+5;
const  int INF = 0x3f3f3f3f;
int pg_last[MAX_SIZE]; //last time of using page
bool vis[MAX_SIZE]; //marked in queueclass Node
{public:int node[MAX_SIZE];int iSize;int cur;bool isFull();bool exist(int x);Node(){cur = 0;}Node(int sz){iSize = sz;cur = 0;}
};// struct Pair 辅助OPT
struct Pair
{int pos;int id;bool operator<(const Pair x)const{return id > x.id;}
} op[MAX_SIZE];bool Node::isFull()
{return cur == iSize;
}void createPages(int n,Node &pg)
{cout<<"请输入长度为"<<n<<"的页面访问序列：";pg.iSize = n;for(int i = 0; i < n; ++i){cin>>pg.node[i];}
}void printResult(int n,int fail_cnt,int replace_cnt)
{double fail_rate = fail_cnt / double(n) * 100;cout<<" fail times: "<<fail_cnt<<" fail_rate: "<<fail_rate<<"%"<<endl;cout<<" replace times: "<<replace_cnt<<endl;cout<<"--------------------------------------"<<endl;
}bool Node::exist(int x)
{for(int i = 0; i < cur; ++i){if(x == node[i]){return true;}}return false;
}void FIFO(int m,Node pg)
{Node st(m); // storageint fail_cnt = 0;int replace_cnt = 0;queue<int>q;memset(vis,false,sizeof(vis));for(int i = 0; i < pg.iSize; ++i){if(vis[pg.node[i]]) continue;if(int(q.size()) < m){q.push(pg.node[i]);vis[pg.node[i]] = true;fail_cnt++;}else{int aim = q.front();q.pop();vis[aim] = false;q.push(pg.node[i]);vis[pg.node[i]] = true;fail_cnt++;replace_cnt++;}}cout<<"-------------FIFO Result--------------"<<endl;printResult(pg.iSize,fail_cnt,replace_cnt);
}int findRepOPT(int s,Node st,Node pg)
{int k = 0;bool flag; // 标记以后是否会使用for(int i = 0; i < st.iSize; ++i){flag = false;for(int j = s; j < pg.iSize; ++j){if(st.node[i] == pg.node[j]){flag = true;op[k].id = j;op[k++].pos = i;break;}}if(!flag){return i;}}sort(op,op+k);return op[0].pos;
}void OPT(int m,Node pg)
{Node st(m); // storageint fail_cnt = 0;int replace_cnt = 0;for(int i = 0; i < pg.iSize; ++i){if(st.exist(pg.node[i])) continue;if(!st.isFull()){st.node[st.cur++] = pg.node[i];fail_cnt++;}else{int pos = findRepOPT(i,st,pg);st.node[pos] = pg.node[i];fail_cnt++;replace_cnt++;}}cout<<"-------------OPT Result--------------"<<endl;printResult(pg.iSize,fail_cnt,replace_cnt);
}int findRepLRU(Node st)
{int minx = INF,pos = 0;for(int i = 0; i < st.iSize; ++i){if(pg_last[st.node[i]] < minx){minx = pg_last[st.node[i]];pos = i;}}return pos;
}void LRU(int m,Node pg)
{Node st(m); // storageint fail_cnt = 0;int replace_cnt = 0;for(int i = 0; i < pg.iSize; ++i){pg_last[pg.node[i]] = i;if(st.exist(pg.node[i])) continue;if(!st.isFull()){st.node[st.cur++] = pg.node[i];fail_cnt++;}else{int pos = findRepLRU(st);st.node[pos] = pg.node[i];fail_cnt++;replace_cnt++;}}cout<<"-------------LRU Result--------------"<<endl;printResult(pg.iSize,fail_cnt,replace_cnt);}int main()
{/*3 122 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2*//*3 207 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1*/int m,n;cout<<"请输入分配给进程的页框数 和 进程页面数:";cin>>m>>n;Node pg;createPages(n,pg);cout<<"-------------选择页面置换算法---------------"<<endl;cout<<"-------------1.FIFO---------------"<<endl;cout<<"-------------2.OPT---------------"<<endl;cout<<"-------------3.LRU---------------"<<endl;cout<<"-------------0.退出---------------"<<endl;int op;while(cin>>op){switch(op){case 1:FIFO(m,pg);break;case 2:OPT(m,pg);break;case 3:LRU(m,pg);break;case 0:exit(0);}}return 0;
}

运行实例

 3 122 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2

3 207 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1

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0x01 FIFO

0x02 OPT

0x03 LRU

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