#Linux# #代碼#頁面置換算法（FIFO和OPT）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#ifndef TRUE
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#endif

#ifndef NULL
#define NULL 0
#endif

#define INVALID    -1  //-1表示缺頁

////頁表結構類型
typedef struct pl_type {
    int pn; //頁號
    int fn; //頁面號
    int time;  //訪問時間
    int dist;  //下次訪問離當前頁的距離
}pl_type;

//頁面鏈結構類型
typedef struct fl_type {
    int pn; //頁號
    int fn; //頁面號
    struct fl_type *next; //鏈接指針
}fl_type;

//結構變量
pl_type pl[512]; //頁表
fl_type fl[512],*free_head,*busy_head,*busy_tail; //頁面

int page[512];  //訪問串（訪問的頁號序列）
int total_pages; //訪問串長度
int diseffect;  //缺頁數

//初始化函數
//形參frame_number爲分配給用戶進程的內存頁面數
void initialize(int frame_number)
{
    int i;
    diseffect=0; //頁故障數初始化爲0
    
    //建立空頁表
    for(i=0;i<512;i++) { 
        pl[i].pn=i;       //頁號
        pl[i].fn=INVALID; //頁面號爲空，（開始時，頁還未裝入到頁面）
        pl[i].time=0;    //時間爲0
    }
    
    //建立空閒頁面鏈
    for(i=1;i<frame_number;i++) { 
        fl[i-1].next=&fl[i]; //建立fl[i-1]和fl[i]間的鏈接
        fl[i-1].fn=100+i-1;//頁面號由系統分配，可以是其他值，例如從100開始，fl[i-1].fn=100+i-1;
    }
    fl[frame_number-1].next=NULL;  //鏈表末尾爲空指針
    fl[frame_number-1].fn=100+frame_number-1; //末尾結點的頁面號
    free_head=&fl[0];  //空頁面隊列的頭指針指向fl[0]
}

//OPT函數：計算OPT算法下的缺頁率
void OPT(int frame_number)
{
    int i;
    
    initialize(frame_number);  //初始化頁表和頁面鏈
    busy_head=free_head;
    for(i=0; i<total_pages; i++) {
        if(pl[page[i]].fn==INVALID) { //查頁表，若缺頁
            diseffect++; //記錄缺頁數
            if(free_head==NULL){ //若無空閒頁面, 下面3句置換忙頁面鏈頭結點
                pl[busy_head->pn].fn=INVALID; //淘汰忙頁面鏈頭結點
                busy_head->pn=page[total_pages%(i+total_pages/2)]; //忙頁面鏈頭結點裝入新頁
                pl[page[total_pages%(i+total_pages/2)]].fn=busy_head->fn; //修改頁表

                busy_tail->next=busy_head;  //這4句把忙頁面鏈頭結點移動到尾部
                busy_head=busy_head->next;
                busy_tail=busy_tail->next;
                busy_tail->next=NULL;
            }else{ //若有空閒頁面, 下面3句直接裝入新頁
                free_head->pn=page[i]; //空閒頁面鏈頭結點裝入新頁
                pl[page[i]].fn=free_head->fn; //修改頁表
                free_head=free_head->next; //空閒頁面鏈頭指針前移
                if(free_head) busy_tail=free_head; //記錄忙頁面鏈尾結點
            }
        }
    }
    //打印結果
    printf("OPT: %02d次(缺頁數(缺頁率)爲%.02f%% 命中率爲%.02f%%)",diseffect,100.0*diseffect/total_pages,100-100.0*diseffect/total_pages);
}

//FIFO函數：計算FIFO算法下的缺頁率
void FIFO(int frame_number)
{
    int i;
    
    initialize(frame_number);  //初始化頁表和頁面鏈
    busy_head=free_head;
    for(i=0; i<total_pages; i++) {
        if(pl[page[i]].fn==INVALID) { //查頁表，若缺頁
            diseffect++; //記錄缺頁數
            if(free_head==NULL){ //若無空閒頁面, 下面3句置換忙頁面鏈頭結點
                pl[busy_head->pn].fn=INVALID; //淘汰忙頁面鏈頭結點
                busy_head->pn=page[i]; //忙頁面鏈頭結點裝入新頁
                pl[page[i]].fn=busy_head->fn; //修改頁表

                busy_tail->next=busy_head;  //這4句把忙頁面鏈頭結點移動到尾部
                busy_head=busy_head->next;
                busy_tail=busy_tail->next;
                busy_tail->next=NULL;
            }else{ //若有空閒頁面, 下面3句直接裝入新頁
                free_head->pn=page[i]; //空閒頁面鏈頭結點裝入新頁
                pl[page[i]].fn=free_head->fn; //修改頁表
                free_head=free_head->next; //空閒頁面鏈頭指針前移
                if(free_head) busy_tail=free_head; //記錄忙頁面鏈尾結點
            }
        }
    }
    //打印結果
    printf("FIFO: %02d次(缺頁數(缺頁率)爲%.02f%% 命中率爲%.02f%%)",diseffect,100.0*diseffect/total_pages,100-100.0*diseffect/total_pages);
}

//輸入訪問串
void Input_reference_string(void)
{
    int i;
    
    printf("輸入的訪問串，頁號間以空格分開。例如: 7 0 2 6\n");
    printf("請輸入訪問串: ");
    for(i=0;i<512;i++) {
        if(scanf("%d", &page[i])!=1) break;
        if(getchar()==0x0a && i>0) break;
    }
    total_pages=i+1;  //訪問串大小
    
    printf("訪問串大小：%d\n訪問串爲: ", total_pages);
    for(i=0;i<total_pages;i++) printf("%d ", page[i]);
    printf("\n\n");
}

int main()
{
    int frames;
    
    system("color f0");
    Input_reference_string();
	
	for(frames=2;frames<=total_pages;frames++){ //從2個頁面到total_pages個頁面
	printf(" 分配%2d個頁面時，", frames);
	OPT(frames);
	//FIFO(frames);
	printf("\n");
	}
    return 0;
}