操作系统页面置换算法(opt,lru,fifo,clock)实现

#include <iostream>  
#include<map>
#include<set>
#include <algorithm>
#include<cstdio>
#include<cstring> 
#include<cmath>
#define N 200
using namespace std;  
 
int page[N];//页面引用号 
int block[N];//物理块，内存 
int dist[N][N];//表示第i次访问内存的时候，内存中的页面j 在以后被访问的最小时间 

int n;//页面引用号个数 
int m;//物理块数目 
int page_max;//最大页面号 

int pre[N];//page[i]在page中的索引
int opt(){//最佳页面置换算法 
    int page_lack = 0;
    memset(pre, 0, sizeof(pre));
    memset(dist, 0x3f, sizeof(dist));
    memset(block, -1, sizeof(block));
    for(int i=n; i>=1; --i){
         for(int j=0; j<=page_max; ++j) 
             if(pre[j])
                dist[i][j] = pre[j] - i;
         pre[page[i]] = i; 
    }
    
    for(int i=1; i<=n; ++i){//开始访问页面，初始是内存中没有分页 
        int j;
        int max_dist = 0, p; 
        for(j=1; j<=m; ++j){
            if(block[j] == -1){//改块没有放入页面，则直接放入, 产生缺页 
                block[j] = page[i]; 
                cout<<"页面"<<page[i]<<"不在内存，直接放入物理块"<<j<<"中!"<<endl;
                page_lack++;
                break;
            } else if(block[j] == page[i])//页面存在内存中 
                break;
            
            if(max_dist < dist[i][block[j]]){
                max_dist = dist[i][block[j]];//说明block[j] 对应的页面以后会长时间不会用到 
                p = j;//block[] 第j个页面会被替换掉 
            }
        }
        if(j > m){//此时内存中不能在放入新的分页，而且没有找到page[i]对应的分页，接下来进行页面替换 
             cout<<"页面"<<page[i]<<"不在内存，将物理块"<<p<<"中的页面" <<block[p]<<"替换掉!"<<endl;
             block[p] = page[i];
             page_lack++; 
        }
        cout<<endl<<"当前内存中页面的情况:"<<endl; 
        for(int k=1; k<=m; ++k)//内存中页面加载情况 
            cout<<block[k]<<" ";
        cout<<endl<<endl;
    }
    return page_lack;//返回缺页次数 
} 

int lru(){//最近最久未使用算法和opt算法差不多，只不过是lru是向前看， opt是向后看 
    int page_lack = 0;
    memset(pre, 0, sizeof(pre));
    memset(dist, 0x3f, sizeof(dist));
    memset(block, -1, sizeof(block));
    for(int i=1; i<=n; ++i){
         for(int j=0; j<=page_max; ++j) 
             if(pre[j])
                dist[i][j] = i - pre[j];
         pre[page[i]] = i; 
    }
    
    for(int i=1; i<=n; ++i){//开始访问页面，初始是内存中没有分页 
        int j;
        int max_dist = 0, p; 
        for(j=1; j<=m; ++j){
            if(block[j] == -1){//改块没有放入页面，则直接放入, 产生缺页 
                block[j] = page[i]; 
                cout<<"页面"<<page[i]<<"不在内存，直接放入物理块"<<j<<"中!"<<endl;
                page_lack++;
                break;
            } else if(block[j] == page[i])//页面存在内存中 
                break;
            
            if(max_dist < dist[i][block[j]]){
                max_dist = dist[i][block[j]];//说明block[j] 对应的页面以后会长时间不会用到 
                p = j;//block[] 第j个页面会被替换掉 
            }
        }
        if(j > m){//此时内存中不能在放入新的分页，而且没有找到page[i]对应的分页，接下来进行页面替换 
             cout<<"页面"<<page[i]<<"不在内存，将物理块"<<p<<"中的页面" <<block[p]<<"替换掉!"<<endl;
             block[p] = page[i];
             page_lack++; 
        }
        cout<<endl<<"当前内存中页面的情况:"<<endl; 
        for(int k=1; k<=m; ++k)//内存中页面加载情况 
            cout<<block[k]<<" ";
        cout<<endl<<endl;
    }
    return page_lack;//返回缺页次数 
} 

set<int>page_set;
int fifo(){//先进先出页面置换算法
    int page_lack = 0; 
    memset(block, -1, sizeof(block));
    int index = 1;
    for(int i=1; i<=n; ++i){
        if(index > m) index = 1;
        set<int>::iterator it;
        it = page_set.find(page[i]);  
        if(it == page_set.end()){
            if(block[index] != -1)
                page_set.erase(block[index]);
            page_set.insert(page[i]);
            block[index++] = page[i];
            ++page_lack;
        } 
        for(int k=1; k<=m; ++k)
            cout<<block[k]<<" ";
        cout<<endl;
    } 
    return page_lack;
}

int nru[N];//表示 物理块 i 最近时候被访问过 
int page_in_block[N];//页面 i 在 block的下标索引 
int clock(){
    int index = 1;
    int page_lack = 0;
    memset(block, -1, sizeof(block));
    for(int i=1; i<=n; ++i){
        if(page_in_block[page[i]]){//如果page[i]已经在内存中 
            nru[page_in_block[page[i]]] = 1;//重新标记这个物理块中的页面被访问过了 
            cout<<endl<<"第"<<i<<"次: 页面"<<page[i]<<"已经存在物理块"<< page_in_block[page[i]] << "中!"<<endl;
        }
        else {
            while(true){
                if(index > m) index = 1;
                if(block[index] == -1) {
                    nru[index] = 1;
                    page_in_block[page[i]] = index;
                    block[index++] = page[i];
                    ++page_lack;
                    break;
                }
                if(block[index] == page[i]){
                    nru[index++] = 1;
                    break;
                } else {
                    if(nru[index] == 0){//替换该页面 
                        nru[index] = 1;
                        page_in_block[block[index]] = 0;
                        cout<<endl<<"第"<<i<<"次: 物理块"<<index<<"中的页面"<< block[index] <<"最近未被使用，将要被页面"<<page[i]<<"替换!"<<endl;
                        page_in_block[page[i]] = index;
                        block[index++] = page[i];
                        ++page_lack;
                        break;
                    } else
                        nru[index++] = 0;
                }
            } 
        }
        for(int k=1; k<=m; ++k)    
            cout<<block[k]<<" ";
        cout<<endl;
    }
    return page_lack;
}

int main(){
    cin>>n>>m;
    for(int i=1; i<=n; ++i){ 
        cin>>page[i];
        page_max = max(page_max, page[i]) ;
    } 
     cout<<"opt缺页中断次数:"<<opt()<<endl;
     cout<<"***********************************"<<endl;
     cout<<"lru缺页中断次数:"<<lru()<<endl;
    cout<<"***********************************"<<endl;
    cout<<"fifo缺页中断次数:"<<fifo()<<endl;
    cout<<"***********************************"<<endl;
    cout<<"clock缺页中断次数:"<<clock()<<endl;
    return 0;
} 
/*
20 3
7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1

12 3
2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2
*/