虛擬內存頁面置換算法（FIFO， OPT， LRU）

0x01 FIFO

• 置換策略：置換掉先來的頁面(FIFO隊列首元素)
• 優點： 簡單易理解且易實現
• 缺點： 性能不理想，會發生Belady異常（頁框（幀）增加缺頁率也增加）

0x02 OPT

最優頁面置換算法（optimal page-replacement algorithm）

• 置換策略：根據以后使用情況置換:
  置換掉以后不再用；如果沒有不再使用的，置換掉相對最遲使用的。
• 優點：它是最優的頁面置換算法，不會發生Belady異常
• 缺點：需要知道以后頁面使用情況，實現起來困難

0x03 LRU

最近最少使用算法（Least-Recent-Used algorithm）

• 置換策略：根據最近使用情況（上次使用時間）置換：置換掉相對當前時刻最長時間沒有使用的頁面
  （相對而言，最近剛用的不置換）
• 優點：近似最優，沒有Belady異常
• 缺點：可能需要重要的硬件輔助，實現上比較困難

代碼

以下根據個人思路所寫,僅供參考

#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 輔助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<<"請輸入長度為"<<n<<"的頁面訪問序列：";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; // 標記以后是否會使用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<<"請輸入分配給進程的頁框數 和 進程頁面數:";cin>>m>>n;Node pg;createPages(n,pg);cout<<"-------------選擇頁面置換算法---------------"<<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; }

運行實例

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

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C++实现虚拟内存页面置换算法（FIFO， OPT， LRU）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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