Python实现页面置换算法

FIFO LRU OPT

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页面置换算法：

在地址映射过程中，若在页面中发现所要访问的页面不在内存中，则产生缺页中断。当发生缺页中断时，如果操作系统内存中没有空闲页面，则操作系统必须在内存选择一个页面将其移出内存，以便为即将调入的页面让出空间。而用来选择淘汰哪一页的规则叫做页面置换算法。

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一、FIFO（先进先出置换算法）

1.算法解析

算法原理：当需要淘汰一个页面时，总是选择驻留主存时间最长的页面进行淘汰，即先进入主存的页面先淘汰。其理由是：最早调入主存的页面不再被使用的可能性最大。

如图所示（示例）：

2.代码实现

def FIFO(page,arr):print("FIFO页面置换过程为:" )result=[]loss_page=0sum=0for item in arr:if len(result)==page:for j in range(sum, len(arr)):if arr[j] in result:print("no exchange")print("第%i页"%j,end="")print(result)else:del result[0]result.append(arr[j])loss_page += 1print("第%i页" % j,end="")print(result)breakelif item in result:print("no exchange")print("第%i页" % sum,end="")print(result)sum+=1else:result.append(item)loss_page+=1print("第%i页" % sum,end="")print(result)sum+=1result_page=float((loss_page)/len(arr))print("FIFO缺页率为：%.2f"%result_page)

二、LRU（最近最近未使用算法）

1.算法解析

算法原理利用局部性原理，根据一个作业在执行过程中过去的页面访问历史来推测未来的行为。它认为过去一段时间里不曾被访问过的页面，在最近的将来可能也不会再被访问。所以，这种算法的实质是：当需要淘汰一个页面时，总是选择在最近一段时间内最久不用的页面予以淘汰。

2.代码实现

代码如下（示例）：

def LRU(page,arr):print(arr)print("LRU页面置换过程为:")result = []loss_page = 0sum = 0for item in arr:if len(result)==page:for j in range(sum, len(arr)):if arr[j] in result:print("no exchange")print("第%i页" % j, end="")p=result[result.index(arr[j])]del result[result.index(arr[j])]result.insert(0,p)print(result)else:del result[-1]result.insert(0,arr[j])loss_page += 1print("第%i页" % j, end="")print(result)breakelif item in result:print("no exchange")p = result[result.index(item)]del result[result.index(item)]result.insert(0, p)print("第%i页" % sum, end="")print(result)sum+=1else:result.insert(0,item)loss_page+=1print("第%i页" % sum, end="")print(result)sum+=1result_page=float((loss_page)/len(arr))print("LRU缺页率为：%.2f"%result_page)

三、OPT（最佳置换算法）

1.算法解析

算法原理从主存中移出永远不再需要的页面；如无这样的页面存在，则选择最长时间不需要访问的页面。于所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的，或者是在最长时间内不再被访问的页面，这样可以保证获得最低的缺页率。

2.代码实现

def OPT(page,arr):print("OPT页面置换过程为:")result = []loss_page = 0sum = 0for item in arr:if len(result)==page:for j in range(sum, len(arr)):if arr[j] in result:print("no exchange")print("第%i页" % j, end="")p = result[result.index(arr[j])]del result[result.index(arr[j])]result.insert(0, p)print(result)else:result_number=bidui(arr[j:len(arr)],result)for o in result:if result_number==o:result.remove(o)result.append(arr[j])loss_page += 1print("第%i页" % j, end="")print(result)breakelif item in result:print("no exchange")print("第%i页" % sum, end="")print(result)sum+=1else:result.append(item)loss_page+=1print("第%i页" % sum, end="")print(result)sum+=1result_page=float((loss_page)/len(arr))print("OPT缺页率为：%.2f"%result_page)

全部代码如下

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算法全部代码下载

import random
def FIFO(page,arr):print("FIFO页面置换过程为:" )result=[]loss_page=0sum=0for item in arr:if len(result)==page:for j in range(sum, len(arr)):if arr[j] in result:print("no exchange")print("第%i页"%j,end="")print(result)else:del result[0]result.append(arr[j])loss_page += 1print("第%i页" % j,end="")print(result)breakelif item in result:print("no exchange")print("第%i页" % sum,end="")print(result)sum+=1else:result.append(item)loss_page+=1print("第%i页" % sum,end="")print(result)sum+=1result_page=float((loss_page)/len(arr))print("FIFO缺页率为：%.2f"%result_page)def LRU(page,arr):print(arr)print("LRU页面置换过程为:")result = []loss_page = 0sum = 0for item in arr:if len(result)==page:for j in range(sum, len(arr)):if arr[j] in result:print("no exchange")print("第%i页" % j, end="")p=result[result.index(arr[j])]del result[result.index(arr[j])]result.insert(0,p)print(result)else:del result[-1]result.insert(0,arr[j])loss_page += 1print("第%i页" % j, end="")print(result)breakelif item in result:print("no exchange")p = result[result.index(item)]del result[result.index(item)]result.insert(0, p)print("第%i页" % sum, end="")print(result)sum+=1else:result.insert(0,item)loss_page+=1print("第%i页" % sum, end="")print(result)sum+=1result_page=float((loss_page)/len(arr))print("LRU缺页率为：%.2f"%result_page)def bidui(param, result):list_1 = {}for item in param:list_1[item]=param.index(item)for i in result:if i not in list_1.keys():return ielse:passreturn list(list_1.keys())[list(list_1.values()).index(max(list_1.values()))]
def OPT(page,arr):print("OPT页面置换过程为:")result = []loss_page = 0sum = 0for item in arr:if len(result)==page:for j in range(sum, len(arr)):if arr[j] in result:print("no exchange")print("第%i页" % j, end="")p = result[result.index(arr[j])]del result[result.index(arr[j])]result.insert(0, p)print(result)else:result_number=bidui(arr[j:len(arr)],result)for o in result:if result_number==o:result.remove(o)result.append(arr[j])loss_page += 1print("第%i页" % j, end="")print(result)breakelif item in result:print("no exchange")print("第%i页" % sum, end="")print(result)sum+=1else:result.append(item)loss_page+=1print("第%i页" % sum, end="")print(result)sum+=1result_page=float((loss_page)/len(arr))print("OPT缺页率为：%.2f"%result_page)if __name__ == '__main__':arr=[]number1=int(input("请输入页面流长度"))for i in range(number1):arr.append(random.randint(1,number1))print(arr)number=int(input("请输入物理块儿数"))FIFO(number,arr)LRU(number, arr)OPT(number,arr)

另附GUI算法实现界面如图所示:

GUI代码下载

# * -*- coding：utf-8 -*-
# * @Author: Go-getter Ram
import random
from tkinter import *
import timearr = []
for i in range(20):arr.append(random.randint(1, 5))
def gettime():timestr = time.strftime("%H:%M:%S") # 获取当前的时间并转化为字符串lb.configure(text=timestr)   # 重新设置标签文本root.after(1000,gettime) # 每隔1s调用函数 gettime 自身获取时间root = Tk()
root.title('FIFO,OPT,LRU页面置换算法')
lb = Label(root,text='',fg='blue',font=("黑体",24))
lb.pack()
root.geometry('800x600') # 这里的乘号不是 * ，而是小写英文字母 x
gettime()def run1():page=int(inp.get())txt.insert(END, "FIFO页面置换过程为:\n")result = []loss_page = 0sum = 0for item in arr:if len(result) == page:for j in range(sum, len(arr)):if arr[j] in result:txt.insert(END, "no exchange\n")else:del result[0]result.append(arr[j])loss_page += 1txt.insert(END, "\n")txt.insert(END, result)breakelif item in result:txt.insert(END, "no exchange\n")txt.insert(END, result)sum += 1else:result.append(item)loss_page += 1sum += 1txt.insert(END, "\n")txt.insert(END, result)result_page = float((loss_page + page) / len(arr))txt.insert(END, "FIFO缺页率为：%.2f\n" % result_page)txt.insert(END, "\n")inp.delete(0, END)  # 清空输入
def run2():page = int(inp.get())txt.insert(END, "LRU页面置换过程为:\n")result = []loss_page = 0sum = 0for item in arr:if len(result) == page:for j in range(sum, len(arr)):if arr[j] in result:txt.insert(END, "no exchange\n")p = result[result.index(arr[j])]del result[result.index(arr[j])]result.insert(0, p)txt.insert(END, "\n")txt.insert(END, result)else:del result[-1]result.insert(0, arr[j])loss_page += 1txt.insert(END, "\n")txt.insert(END, result)breakelif item in result:txt.insert(END, "no exchange\n")p = result[result.index(item)]del result[result.index(item)]result.insert(0, p)txt.insert(END, "\n")txt.insert(END, result)sum += 1else:result.insert(0, item)loss_page += 1sum += 1txt.insert(END, "\n")txt.insert(END, result)result_page = float((loss_page) / len(arr))txt.insert(END, "LRU缺页率为：%.2f" % result_page)txt.insert(END,"\n")inp.delete(0, END)  # 清空输入
def bidui(param, result):list_1 = {}for item in param:list_1[item]=param.index(item)for i in result:if i not in list_1.keys():return ielse:passreturn list(list_1.keys())[list(list_1.values()).index(max(list_1.values()))]
def run3():page = int(inp.get())txt.insert(END, "OPT页面置换过程为:\n")result = []loss_page = 0sum = 0for item in arr:if len(result) == page:for j in range(sum, len(arr)):if arr[j] in result:txt.insert(END, "no exchange\n")p = result[result.index(arr[j])]del result[result.index(arr[j])]result.insert(0, p)txt.insert(END, result)txt.insert(END, "\n")else:result_number = bidui(arr[j:len(arr)], result)for o in result:if result_number == o:result.remove(o)result.append(arr[j])loss_page += 1txt.insert(END, result)txt.insert(END, "\n")breakelif item in result:txt.insert(END, "no exchange\n")txt.insert(END, result)txt.insert(END, "\n")sum += 1else:result.append(item)loss_page += 1sum += 1txt.insert(END, result)txt.insert(END, "\n")result_page = float((loss_page) / len(arr))txt.insert(END, "OPT缺页率为：%.2f" % result_page)txt.insert(END,"\n")inp.delete(0, END)  # 清空输入lb1 = Label(root, text='请输入物理块儿数：按下面三个按钮之一进行算法验证')
lb1.place(relx=0.1, rely=0.1, relwidth=0.8, relheight=0.1)
str_arr=str(arr)
lb2 = Label(root, text=str_arr)
lb2.place(relx=0.1, rely=0.1, relwidth=0.8, relheight=0.025)
inp = Entry(root)
inp.place(relx=0.1, rely=0.2, relwidth=0.3, relheight=0.1)# 方法-直接调用FIFO run1()
btn1 = Button(root, text='FIFO', command=run1)
btn1.place(relx=0.1, rely=0.4, relwidth=0.3, relheight=0.1)# 方法二利用 LRU 传参数调用run2()
btn2 = Button(root, text='LRU', command=lambda: run2())
btn2.place(relx=0.3, rely=0.4, relwidth=0.3, relheight=0.1)# 方法三利用 OPT 传参数调用run3()
btn3 = Button(root, text='OPT', command=lambda: run3())
btn3.place(relx=0.6, rely=0.4, relwidth=0.3, relheight=0.1)# 在窗体垂直自上而下位置60%处起，布局相对窗体高度40%高的文本框
lb_txt = Label(root, text='检验结果:')
lb_txt.place(relx=0.1, rely=0.5, relwidth=0.3, relheight=0.1)
txt = Text(root)
txt.place(rely=0.6, relheight=0.4)
root.mainloop()<font color=#999AAA >编写不易——求赞~

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