C语言实现FIFO算法与LRU算法

在操作系统中，当程序在运行过程中，若其所要访问的页面不再内存中而需要把他们调入内存，但内存已无空闲空间时，为了保证该进程能正常运行，系统必须从内存调出一页程序或数据送磁盘的兑换区中。但哪一个页面调出，须根据一定的算法确定。通常，把选择换出页面的算法称为页面置换算法（Page-Replacement Algorithms）.置换算法的好坏将直接影响到系统的性能。

1) 先进先出(FIFO)页面置换算法

该算法总是淘汰最先进入内存的页面,即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。该算法实现简单，只需把一个进程调入内存，按先后顺序排成一个队列，并设置一个指针，称为替换指针，使他总能指向最老的页面。但该算法与进程与实际运行的规律不相适应，效率最差。

2) 最近最久为使用(LRU)算法

LRU算法是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的。就是利用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似，因此是将最近最久未使用的页面予以淘汰。该算法赋予每一个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间t,当淘汰一个页面时，选择现有页面中t值最大的，及最近最久为使用的页面予以淘汰。

#include <stdio.h>

#define PAGES 12  /*页面引用页数*/
#define M 3      /*当前分配给改作业的物理块数*/
//#define M 4
/*页面引用串*/
int page[PAGES] =  {4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5};
int rel[M][PAGES];   /*存储结果数组*/
/*内存物理块结构体*/
typedef struct{
int pnum;     /*该块中所存的页面号*/
int tm;       /*从最近一次调入所经历的时间*/
}PBlock;
/*初始化物理块数组*/
void init(PBlock *pb)
{
int i,j;
//pb = (PBlock*)malloc(sizeof(PBlock)*M);
for(i=0;i<M;i++){
pb[i].pnum = -1;
pb[i].tm = -1;
for(j=0;j<PAGES;j++){
rel[i][j] = -1;
}
}
}
/*打印结果数组*/
void printRelArr(int rel[M][PAGES])
{
int i,j;
for(i=0;i<M;i++){
for(j=0;j<PAGES;j++){
if(rel[i][j]==-1)
printf("_ ");
else
printf("%d ",rel[i][j]);
}
printf("\n");
}
}
/*打印一维数组*/
void printArr1(int *arr,int n)
{
int i;
for(i=0;i<n;i++){
printf("%d ",arr[i]);
}
printf("\n");
}
/*查看页面号为num的页面是否在内存块中,存在返回1*/
int in_mem(int num,PBlock *pb,int m)
{
int i;
int b = 0;
for(i=0;i<m;i++){
if(pb[i].pnum == num){
b = 1;
break;
}
}
return b;
}
/*FIFO 算法的实现,无需考虑时间*/
int fifo(PBlock *pb,int m)
{
int lps=0;   /*缺页次数*/
double lpp;   /*缺页率*/
int p = 0;    /*替换指针*/
int index =0;  /*页面号索引*/
while(index<PAGES){
if(!in_mem(page[index],pb,M)){    //如果该页面不在物理块中
pb[p].pnum = page[index];        /*将该页面放入物理块中*/
p = (p+1)%M;                     /*替换指针移动*/
lps++;                           /*却也次数加 1*/
for(int i=0;i<M;i++){
rel[i][index] = pb[i].pnum;
}
}
index++;
}
printf("FIFO算法所得缺页次数为 %d\n",lps);
lpp = (double)lps/PAGES;
printf("FIFO算法缺页率为 %0.4lf \n",lpp);
printf("页面号序列为:\n");
printArr1(page,PAGES);
printf("结果数列为:\n");
printRelArr(rel);
return 0;
}
/*获得最近最久的块*/
int getP(PBlock *pb,int p)
{
int i;
bool out = true;  //
for(i=0;i<M;i++){
if(pb[i].tm == -1){
p = i;
out = false;
break;
}
}
if(out){
for(i=0;i<M;i++){
if(pb[i].tm>pb[p].tm)
p = i;
}
}
return p;
}
int getEQnum(int num,PBlock *pb)
{
int i;
int in = -1;
for(i=0;i<M;i++){
if(pb[i].pnum == num){
in = i;
break;
}
}
return in;
}
/*LRU算法*/
void lru(PBlock *pb,int m)
{
int lps=0;   /*缺页次数*/
double lpp;   /*缺页率*/
int p = 0;    /*替换指针*/
int index =0;  /*页面号索引*/
while(index<PAGES){
if(!in_mem(page[index],pb,m)){   /*如果页面不在物理块中*/
p = getP(pb,p);
pb[p].pnum = page[index];
pb[p].tm = 0;
lps++;
for(int i=0;i<M;i++){
rel[i][index] = pb[i].pnum;
}
}else{                         /*如果页面在物理块中*/
int in = getEQnum(page[index],pb);  /*获取该页面在物理块中的索引*/
pb[in].tm = 0;
}
int i;
for(i=0;i<M;i++){
if(i!=p&&pb[i].tm!=-1){
pb[i].tm++;
}
}
index++;
}
printf("LRU算法所得缺页次数为 %d \n",lps);
lpp = 1.0*lps/PAGES;
printf("LRU算法缺页率为: %0.4lf\n",lpp);
printf("页面号序列为:\n");
printArr1(page,PAGES);
printf("LRU结果数组为:\n");
printRelArr(rel);
}
int main()
{
//printArr(rel);
PBlock pb[M];
init(pb);
fifo(pb,M);
init(pb);
lru(pb,M);
return 0;
}