1. 效果展示
2. 程序流程图
（1） 程序总流程
（2） FIFO策略
（3） LRU策略
（4） OPT策略
3. 数据结构设计
//页面数据结构
struct PageInfo {
int id;
int visit;
};
PageInfo* Block; // 物理块
PageInfo* Page; // 页面4. 功能函数设计
| 序号 | 函数 | 功能说明 |
| 1 | void init(); | 从data.txt文件中读取数据进行初始化 |
| 2 | int findSpace(); | 查找是否有空闲物理块 |
| 3 | int findExist(int curren); | 查找物理块中是否存在该页面 |
| 4 | int findReplace(); | 查找应予以置换的页面 |
| 5 | int showSingle(int curren); | 打印每一个序列号的结果 |
| 6 | void FIFO(); | 替换最早进入的页面 |
| 7 | void LRU(); | 淘汰上次使用距当前最远的页面 |
| 8 | void OPT(); | 淘汰下一次访问距当前最远的页面中序号最小的一页 |
| 9 | int main(); | 主函数，控制程序的整个流程 |
5. 代码实现
/// 页面替换策略 FIFO、OPT、LRU
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
class Pager {
public:
//页面数据结构
struct PageInfo {
int id;
int visit;
};
PageInfo* Block; // 物理块
PageInfo* Page; // 页面
int BlockNum;
int PageNum;
int LockPageCnt; //缺页次数
int ChangePageCnt; //置换次数
public:
/// 从data.txt文件中读取数据，并初始化
void init() {
cout<<"正在进行数据读取..."<<endl;
ifstream readData;
readData.open("data.txt");
readData>>BlockNum;
Block = new PageInfo[BlockNum];
for (int i = 0; i < BlockNum; ++i) {
Block[i].id = -1;
Block[i].visit = 0;
}
readData>>PageNum;
Page = new PageInfo[PageNum];
for (int i = 0; i < PageNum; ++i) {
readData>>Page[i].id;
Page[i].visit = 0;
}
readData.close();
cout<<"数据读取结果如下："<<endl;
printf("物理块数为：%d\n", BlockNum);
printf("页面个数为：%d\n", PageNum);
cout<<"页面序列如下："<<endl;
for (int i = 0; i < PageNum; ++i) {
printf("%d ", Page[i].id);
}
cout<<endl;
cout<<"数据读取完毕！"<<endl;
}
/// 查找是否有空闲块
int findSpace() {
for (int i = 0; i < BlockNum; ++i) {
if (Block[i].id == -1) {
return i;
}
}
return -1;
}
/// 查找内存中是否存在该页面
int findExist(int curren) {
for (int i = 0; i < BlockNum; ++i) {
if(Block[i].id != -1 && Block[i].id == curren) {
return i;
}
}
return -1;
}
/// 查找应予以置换的页面
int findReplace() {
int pos = 0;
for (int i = 1; i < BlockNum; i++) {
if(Block[i].id != -1 && Block[i].visit > Block[pos].visit) {
pos = i;
}
}
return pos;
}
/// 显示置换一次后的Block
void showSingle(int curren) {
printf("%d : ", curren);
for (int i = 0; i < BlockNum; ++i) {
if(Block[i].id != -1) {
printf(" %d ", Block[i].id);
}
}
cout<<endl;
}
/// FIFO
void FIFO() {
int exist, space, position;
double fifo_missRate;
LockPageCnt = 0;
ChangePageCnt = 0;
printf("\n----FIFO策略-start----\n");
for (int i = 0; i < PageNum; ++i) {
exist = findExist(Page[i].id);
// 当前页面号不在内存中
if (exist == -1) {
LockPageCnt++;
space = findSpace();
// 当前内存已满，需置换
if(space == -1) {
ChangePageCnt++;
position = findReplace();
Block[position] = Page[i];
}
// 当前内存未满，直接加入
else {
Block[space] = Page[i];
}
}
showSingle(Page[i].id);
for (int j = 0; j < BlockNum; ++j) {
if (Block[j].id != -1) {
Block[j].visit++; // Block中的页面停留时间+1
}
}
}
fifo_missRate = (double) LockPageCnt / PageNum;
printf("缺页次数：%d\n", LockPageCnt);
printf("置换次数：%d\n", ChangePageCnt);
printf("FIFO缺页率：%lf%%\n", fifo_missRate*100);
printf("----FIFO策略-end----\n");
}
/// OPT
void OPT() {
int exist, space, position;
double opt_missRate;
LockPageCnt = 0;
ChangePageCnt = 0;
printf("\n----OPT策略-start----\n");
for (int i = 0; i < PageNum; ++i) {
exist = findExist(Page[i].id);
// 当前页面号不在内存中
if (exist == -1) {
LockPageCnt++;
space = findSpace();
// 当前内存已满，需置换
if(space == -1) {
ChangePageCnt++;
for (int k = 0; k < BlockNum; k++) {
for (int j = i+1; j < PageNum; j++) {
if (Block[k].id != Page[j].id) {
Block[k].visit = 1000;
} else {
Block[k].visit = j-i;
break;
}
}
}
position = findReplace();
Block[position] = Page[i];
}
// 当前内存未满，直接加入
else {
Block[space] = Page[i];
}
}
showSingle(Page[i].id);
}
opt_missRate = (double) LockPageCnt / PageNum;
printf("缺页次数：%d\n", LockPageCnt);
printf("置换次数：%d\n", ChangePageCnt);
printf("OPT缺页率：%lf%%\n", opt_missRate*100);
printf("----OPT策略-end----\n");
}
/// LRU
void LRU() {
int exist, space, position;
double lru_missRate;
LockPageCnt = 0;
ChangePageCnt = 0;
printf("\n----LRU策略-start----\n");
for (int i = 0; i < PageNum; ++i) {
exist = findExist(Page[i].id);
// 当前页面号不在内存中
if (exist == -1) {
LockPageCnt++;
space = findSpace();
// 当前内存已满，需置换
if(space == -1) {
ChangePageCnt++;
position = findReplace();
Block[position] = Page[i];
}
// 当前内存未满，直接加入
else {
Block[space] = Page[i];
}
}
// 当前页面在内存中
else {
Block[exist].visit = 0;
}
showSingle(Page[i].id);
for (int j = 0; j < BlockNum; ++j) {
if (Block[j].id != -1) {
Block[j].visit++; // Block中的页面停留时间+1
}
}
}
lru_missRate = (double) LockPageCnt / PageNum;
printf("缺页次数：%d\n", LockPageCnt);
printf("置换次数：%d\n", ChangePageCnt);
printf("LRU缺页率：%lf%%\n", lru_missRate*100);
printf("----LRU策略-end----\n");
}
};
int main() {
Pager page;
int chooseAlgorithm;
while(true)
{
printf("\t-------------------------------------\n");
printf("\t|| ||\n");
printf("\t|| 页面替换策略模拟程序 ||\n");
printf("\t|| 1. FIFO ||\n");
printf("\t|| 2. LRU ||\n");
printf("\t|| 3. OPT ||\n");
printf("\t|| 0. 退出程序 ||\n");
printf("\t|| ||\n");
printf("\t-------------------------------------\n");
printf("请输入序号进行选择：");
cin>>chooseAlgorithm;
switch(chooseAlgorithm)
{
case 1:
page.init();
page.FIFO();
break;
case 2:
page.init();
page.LRU();
break;
case 3:
page.init();
page.OPT();
break;
case 0:
cout<<"正在退出程序..."<<endl;
system("pause");
return 0;
default:
cout<<"请输入正确的序号进行选择！"<<endl;
}
}
}
