設計四:頁面置換

設計目的：

加深對請求頁式儲存管理實現原理的理解，掌握頁面置換演算法。

設計內容:

    設計一個程式，有一個虛擬儲存區和記憶體工作區，實現下述三種演算法中的任意兩種，計算訪問命中率（命中率=1-頁面失效次數/頁地址流長度）。附加要求：能夠顯示頁面置換過程。

演算法包括：先進先出的演算法（FIFO）、最少使用演算法（LFU）、最近未使用演算法（NUR）

該系統頁地址流長度為320，頁面失效次數為每次訪問相應指令時，該指令對應的頁不在記憶體的次數。   

程式首先用srand()和rand()函式分別進行初始化、隨機數定義和產生指令序列，然後將指令序列變換成相應的頁地址流，並針對不同的演算法計算出相應的命中率。

通過隨機數產生一個指令序列。共320條指令，指令的地址按下述原則生成：

（1）50%的指令是順序執行的。

（2）25%的指令是均勻分佈在前地址部分。

（3）25%的指令是均勻分佈在後地址部分。

具體的實施方法如下：

在【0，319】的指令地址之間隨機選取一起點m。

順序執行一條指令，即執行地址為m+1的指令。

在前地址【0,m+1】中隨機選取一條指令並執行，該指令的地址為m’。

順序執行一條指令，其地址為m’+1。

在後地址【m’+2,319】中隨機選取一條指令並執行。

重複步驟（1）-（5），直到320次指令。

將指令序列變換為頁地址流。

設：

頁面大小為1KB。

使用者記憶體容量4頁到32頁。

使用者虛存容量為32KB。

在使用者虛存中，按每K存放10條指令虛存地址，即320條指令在虛存中的存放方式為：

第0條～9條指令為第0頁（對應虛存地址為【0，9】）。

第10條～19條指令為第1頁（對應虛存地址為【10，19】）。

……

第310條～319條指令為第31頁（對應虛擬地址為【310，319】）。

按以上方式，使用者指令可組成32頁。

計算每種演算法在不同記憶體容量下的命中率。

import java.util.Random;
public class Hello {  
    public static void main(String[] args){
    	int order=320;           //指令數
    	int [] c=new int[order];     //地址訪問順序
    	int [] b=new int[order];     //頁面訪問順序
    	int memory=16;            //記憶體容量
    	int lose=0;         //頁面失效次數
    	double hit_rate=0;  //命中率
    	int i,j,k;
    	int count1=0;
    	int count2=0;
    	int m1,m2,m3;
    	Random rand = new Random();  
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    	System.out.println("產生的隨機數為：");
    	for(i=0;;i++){
    		m1=rand.nextInt(320);     //在0--319之間隨機產生一個數
    		c[count1]=m1+1;
     		System.out.print(c[count1]+" ");
    		count1++;
    		count2++;
    		if(count1==order)
    			break;
    		if(count2==32){
    			System.out.print("\n");
    			count2=0;
    		}
    		m2=rand.nextInt(m1+1);    //在0--m1+1之間隨機產生一個數
    		c[count1]=m2+1;
    		System.out.print(c[count1]+" ");
    		count1++;
    		count2++;
    		if(count1==order)
    			break;
    		if(count2==32){
    			System.out.print("\n");
    			count2=0;
    		}
    		m3=rand.nextInt(320-m2-2)+m2+2;    //在m2+2--319之間隨機產生一個數
    		c[count1]=m3+1;
    		System.out.print(c[count1]+" ");
    		count1++; 	
    		count2++;
    		if(count1==order)
    			break;
    		if(count2==32){
    			System.out.print("\n");
    			count2=0;
    		}
    	}
    	System.out.print("\n");
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    	System.out.println("訪問頁面的順序為：");
    	count2=0;
    	for(i=0;i<order;i++){
    		b[i]=c[i]/10;
    		System.out.print(b[i]+" ");
    		count2++;
    		if(count2==32){
    			System.out.print("\n");
    			count2=0;
    		}
    	}
    	System.out.print("\n");
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 //   	for(memory=4;memory<=32;memory++){
    		System.out.println("頁面進入記憶體的步驟為：");
    		Queue queue=new Queue();  
    		for(i=0;i<order;i++){
    			if((queue.L-queue.F)==memory){    //如果記憶體滿了,就淘汰最早進入記憶體的頁面,否則直接進入記憶體
    				for(j=queue.F;j<queue.L;j++){
    					if(b[i]==queue.a[j])
    						break;
    				}
    				if(j==queue.L){          //如果沒有命中，先進去的頁面就先出來
    					lose++;
    					queue.out();
    					queue.come(b[i]);
    				}
    			}
    			else{
    				for(j=queue.F;j<queue.L;j++){
    					if(b[i]==queue.a[j])
    						break;
    				}
    				if(j==queue.L){          //如果沒有命中，頁面進入記憶體
    					lose++;
    					queue.come(b[i]);
    				}
    			}
    			for(k=queue.F;k<queue.L;k++)
    				System.out.print(queue.a[k]+"  ");
    			System.out.print("\n");
    		}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////    	
    		System.out.println("頁面失效次數為："+lose);
    		hit_rate=1-(lose/320.0);
    		System.out.println("命中率="+hit_rate);
    		lose=0;
    		hit_rate=0;
 //   	}
    }  
}  
class Queue{      //佇列
	int a[]=new int[10000];
	int F=0;
	int L=0;
	void come(int num){
		if(L>=999)
			System.out.println("隊滿");
		a[L]=num;
		L++;	
	}
	void out(){
		if(F>L)
			System.out.println("隊空");
		F++;
	}
	int isexit() {
		if(L>F)
			return 1;
		else
			return 0;
	}
	void exchange(int i){
		int t;
		t=a[F];a[F]=a[i];a[i]=t;
	}
}