一、实验名称

存储管理

二、实验内容

        设计一个请求页式存储管理方案，并编写模拟程序实现。淘汰算法采用两种不同的算法如：FIFO和LRU，并比较它们的不同之处。

三、实验原理和设计思路

        不同的置换算法，可使同一组进程发生的缺页率不同，如果采用的置换算法不当，会大大降低CPU的使用高效率。
        FIFO算法优先置换最先进入内存的页。LRU每次选择离当前时间被访问最远的页置换。

四、核心代码

// 框架采用Houchaoqun_XMU提供的源代码
//海轰根据实验具体要求进行了改进
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <iomanip>
using namespace std;

const int MaxNumber=100;
int PageOrder[MaxNumber];  //页面序列
int PageNum,LackNum,MinBlockNum;  //页面个数，缺页次数,最小物理块数
int PageDisCount[MaxNumber]; //当前内存距离下一次出现的距离
int LRUtime[MaxNumber];   //存储队列中各个页面最近使用情况

double  LackPageRate;   //缺页率
int LackPageNum;   //缺页数
int VirtualQueue[MaxNumber];   //虚拟队列

void input();//读入txt文件中的数据
void initial();// 初始算法 因为无论是哪一种算法 在填满物理块的时候都是一个一个进入
void FIFO();    //先进先出
void OPI();     //最佳置换
void LRU();    //最近最久未使用LRU页面置换算法
void display(int pageorder,bool islackpage);

void input()
{
  ifstream readData;
  readData.open("data.txt");
  readData>>MinBlockNum;
  readData>>PageNum;
  for (int i=0;i<PageNum;i++)
  {
    readData>>PageOrder[i];
  }

  cout<<"读取数据结果如下："<<endl;
  cout<<"最小物理块数 = "<<MinBlockNum<<endl;
  cout<<"页面个数 = "<<PageNum<<endl;
  cout<<"页面序列如下:"<<endl;
  for ( i = 0;i<PageNum;i++)
  {
    cout<<PageOrder[i]<<" ";
  }
  cout<<endl;
}
// 初始算法 因为无论是哪一种算法 在填满物理块的时候都是一个一个进入
void initial()
{
  LackPageNum = MinBlockNum;//初始缺页为最小物理块
  LackPageRate = 0.0;

  for(int i = 0;i<PageNum;i++)
  {
    PageDisCount[i] = 0;  //初始化距离都为0
    VirtualQueue[i] = -1;  //初始化队列的值都为负数
  }

  for (i= 0;i<MinBlockNum;i++)
  {
    bool isInQueue2 = false;
    int dis = 0;
    LRUtime[i] = 0;
    for (int j = 0;j<MinBlockNum;j++)
    {
      if (VirtualQueue[j] == PageOrder[i])
      {
        isInQueue2 = true;
      }
    }
    if (!isInQueue2)  //当有新的进程进入到队列时，便计算其对应的距离
    {
      VirtualQueue[i] = PageOrder[i];//循环填满物理块
      for (int k = 0;k<i;k++)
      { 
        LRUtime[k]++;   //之前的页面对应的时间+1
      }
    // 当没有填满物理块时候的输出
      display(PageOrder[i],true);
    }
    else
    {
      LRUtime[i] = 0;  //重新更新为0，表示最近刚刚使用
    }
    
  }
}

void FIFO()
{
  cout<<"------------------ FIFO算法------------------ "<<endl;
  cout<<"页面置换情况如下:"<<endl;
  initial();
  bool isInQueue;
  int point = 0;  //指向最老的页面 
  for (int i = MinBlockNum;i<PageNum;i++)
  {
    isInQueue = false;
    for (int k = 0;k<MinBlockNum;k++)
    {
      if (VirtualQueue[k] == PageOrder[i])   //如果当前页面在队列中
      {
        isInQueue = true;
      }
    }

    if (!isInQueue)   //如果当前页面不在队列中，则进行相应的处理
    {
      LackPageNum++;  //缺页数加1

      VirtualQueue[point] = PageOrder[i];
      display(PageOrder[i],!isInQueue);// 填满之后的输出
      point++;
      if (point == MinBlockNum) 
      {
        point = 0;  //当point指向队尾后一位的时候，将point重新指向队首
      }
    }
    else
    {
        display(PageOrder[i],!isInQueue);
    }
  }

  LackPageRate = (LackPageNum * 1.0)/PageNum;
  cout<<"缺页数 = "<<LackPageNum<<endl;
  cout<<"缺页率 = "<<LackPageRate<<endl;
  
}


void LRU()
{
  cout<<"------------------LRU算法------------------ "<<endl;
  cout<<"页面置换情况如下:"<<endl;

  initial();
  bool isInQueue;
  int point,k;  //指向最长时间未被访问的下标
  
  for(int i = MinBlockNum;i<PageNum;i++)
  {
    isInQueue = false;  
    for (k = 0;k<MinBlockNum;k++)
    {
      if (VirtualQueue[k] == PageOrder[i])   //如果当前页面在队列中
      {
        isInQueue = true;
      }
    }

    if (!isInQueue)
    {
      LackPageNum++;
      point = 0;
      for (int j = 1;j<MinBlockNum;j++)
      {
        if (LRUtime[point]<LRUtime[j])
        {
          point = j;
        }
      }

      for (int s = 0;s<MinBlockNum;s++)//其余页面对应的时间要+1
      {
        if (VirtualQueue[s] != VirtualQueue[point])
        {
          LRUtime[s]++;
        }
      }

      VirtualQueue[point] = PageOrder[i];
      LRUtime[point] = 0;

      display(PageOrder[i],!isInQueue);
    }//if
    else   //负责更新当前对应页面的时间
    {
      for (int s = 0;s<MinBlockNum;s++)//其余页面对应的时间要+1
      {
        if (VirtualQueue[s] != PageOrder[i])
        {
          LRUtime[s]++;
        }
        else
          LRUtime[s] = 0;
      }
        display(PageOrder[i],!isInQueue);
    }
  }//for

  LackPageRate = (LackPageNum*1.0)/PageNum;
  cout<<"缺页数 = "<<LackPageNum<<endl;
  cout<<"缺页率 = "<<LackPageRate<<endl;
}

// 输出 队列中的进程 
void display(int pageorder,bool islackpage)
{   
  cout<<pageorder<<"进入"<<setw(7);
  if(islackpage==true)
  cout<<"缺页"<<setw(15);
  else
  cout<<" "<<setw(15);
  cout<<"进程队列为:";
  // 输出队列中 不为负数的进程 因为负数表示没有进程进入某物理块
  for (int i = 0;i<MinBlockNum && VirtualQueue[i]>=0;i++)
  {
    cout<<VirtualQueue[i]<<" ";
  }
  cout<<endl;
}

int main()
{
      input();
      FIFO();
      LRU();
  return 0;
}

五、结果截图（部分）

操作系统实验--存储管理_操作系统