【作業系統】頁面置換演算法（最佳置換演算法）（C語言實現）
（編碼水平較菜，寫部落格也只是為了個人知識的總結和督促自己學習，如果有錯誤，希望可以指出）
1.頁面置換演算法：
在地址對映過程中，若在頁面中發現所要訪問的頁面不在記憶體中，則產生缺頁中斷。當發生缺頁中斷時，如果作業系統記憶體中沒有空閒頁面，則作業系統必須在記憶體選擇一個頁面將其移出記憶體，以便為即將調入的頁面讓出空間。而用來選擇淘汰哪一頁的規則叫做頁面置換演算法。
一個好的頁面置換演算法，應具有較低的頁面更換頻率。從理論上講，應該保留最近重複訪問的頁面，將以後都不再訪問或者很長時間內不再訪問的頁面調出。----百度百科
2.具體的頁面置換演算法：
2.1 最佳置換演算法：一個程式在記憶體的若干個頁面中，哪一個頁面是未來最長時間內不再被訪問的，那麼如果發生缺頁中斷時，就將該頁面換出，以便存放後面調入記憶體中的頁面。
1.這是計算機作業系統（第四版）中的一個例子。系統首先為程式分配了三個物理塊。上面一排數字是作業號。在轉滿三個物理塊後，要訪問2號作業，2號作業不在記憶體，所以會發生缺頁中斷，然後系統需要將2號作業調入記憶體，但是此時物理塊已經裝滿。
2.依據最佳置換演算法，會將7號頁換出（0號頁在2號頁後第1個就會被訪問，1號頁在2號頁後第10個會被訪問，7號頁在2號頁後第14個會被訪問，7號頁在已經裝入記憶體的作業中是未來最長時間不會被訪問的，所以換出7號頁）。
3.後面依次類推。
2.2 先進先出演算法：如果發生缺頁中斷，需要換出一個頁面的時候，總是選擇最早進入記憶體的頁面，即選擇在記憶體中駐留時間最久的頁面進行換出。
有點不清楚。。。。。就是每次發生缺頁就將最早進入記憶體的頁面換出，然後將剛調入的頁面換入該物理塊。
2.3 最近最久未使用（LRU）置換演算法：LRU演算法是缺頁中斷髮生時選擇最久未使用的頁面進行換出。
這個演算法其實也很好判斷。分享一個小技巧。記憶體分配了k個物理塊，發生缺頁中斷將要往記憶體調入某個頁面的時候，在該頁面往前面數K個物理塊最前面的那個就會是要換出的，因為該頁面最長時間未被使用過。（可能前面會有重複的頁面，有幾個重複的頁面就再往前面多數幾個）
例如：裝入7，0，1，之後訪問2號頁面的時候會發生缺頁中斷。此時物理塊有三個，2號頁面前面有三個頁面，最前面的是7號頁面所以將7號頁面換出。
2.4Clock置換演算法（沒有動圖，不太形象，就不舉例子了，如果不太清楚，可以私信我。）
2.4.1簡單的Clock置換演算法:將所有頁面通過連結指標連線成一個迴圈佇列。然後需要為每一個頁面設定一個訪問位。當某頁被訪問的時候，將訪問位置為1。選擇頁面換出的時候，需要檢查頁面的訪問位。如果是0，就將頁面換出，如果是1，那麼就將訪問位置為0。
簡單的Clock演算法最多訪問兩輪：
最壞情況就是所有的頁面訪問位都是1，訪問1輪之後，全部訪問位都會被置為0，那麼肯定會找到一個頁面換出。
2.42改進型Clock演算法:將所有頁面通過連結指標連線成一個迴圈佇列。然後需要為每一個頁面設定一個訪問位和一個修改位。訪問位為0表示未訪問過，為1表示訪問過。修改位為0表示未修改過，為1表示修改過。
此時頁面會有四種情況：
1.未被訪問，未被修改，最佳淘汰。
2.未被訪問，被修改過。
3.被訪問過，未被修改。
4.被訪問過，被修改過。
換出頁面的時候：
1.尋找未被訪問，未被修改的頁面，不修改訪問位。找到則換出，找不到進行第二步。
2.尋找未被訪問，但是被修改過的頁面。此時，每次掃描頁面的時候，將所有訪問位置為0。找到就返回，找不到就進行第三步。
3.重複第一次步驟，尋找未被訪問，未被修改的頁面，不修改訪問位。找到則換出，找不到進行第四步。
4.重複第二步。尋找未被訪問，但是被修改過的頁面。此時一定可以找到。
也就是說，改進型Clock演算法，最多掃描四輪佇列。因為最壞的情況就是全部頁面的訪問位和修改位都是1的情況。在經過第二輪掃描之後頁面的訪問位已經都是0。所以第四輪一定可以找到一個頁面換出。
3.最佳置換演算法執行截圖：
首先是前面三個裝入，就省略掉了直接從第四次之後開始列印的。
4.程式碼
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#define MAX 20 // 定義作業序列的最大長度
#define num_alloacte 3 //記憶體分配給程式的物理塊數 ， 也就是同一時刻最多有幾個頁面可以在記憶體中
int work_list [MAX]; //儲存作業序列
int num; //儲存要輸入的序列的長度
int memory_alloacte [num_alloacte]; // 現在在程式中的頁面序列
int current; // 記錄已經分配的作業的下標
void input(){ //初始化作業序列 , 以及記憶體分配給程式的物理塊數
printf("請輸入作業的個數:");
scanf("%d",&num);
if (num > MAX) {
printf("序列過長");
return;
}
printf("請輸入作業序列：\n");
for(int i = 0;i < num; i ++){
scanf("%d",&work_list[i]);
}
for(int i = 0;i < MAX ; i ++){
memory_alloacte[i] = -1;
}
for(int i = 0;i < num_alloacte;i ++){
memory_alloacte[i] = work_list[i];
current = i;
}
}
void print(int* work_list,int* memory_alloacte ){
printf("\t現在程式中的頁面序列：");
for(int i = 0; i < num_alloacte; i ++){
printf("%3d\t",*(memory_alloacte+i));
}
printf("\t\t當前剩餘的作業序列:");
for(int i = current+1; i < num;i ++){
printf("%3d",*(work_list+i));
}
printf("\n");
}
int judge(){
int temp [num_alloacte]; //賦值一個臨時變數 記錄此時物理框中的作業號
int count = num_alloacte; //記錄臨時變數物理框中還剩下的個數
for(int i = 0;i < num_alloacte; i ++){
temp[i] = memory_alloacte[i];
}
int cur = current + 1;
while (cur < num)
{
for (int i = 0; i < num_alloacte; i++)
{
if(work_list[cur] == temp[i]){ //如果剩下的工作序列中 現有記憶體中的作業還會呼叫的話， 就將其的值置為 -1
if(count == 1){ //此時記憶體中剩下的那個作業號肯定是最長時間沒有呼叫過的，後者是以後再也不會呼叫
return i;
}
temp[i] = -1;
count --;
break;
}
}
cur ++;
}
//此時再來遍歷這個 臨時的物理塊中作業號的 陣列 ， 如果他的值不是 -1，就說明後面需要呼叫的作業中再也沒有這個作業了，所以 就可以直接返回。
for(int i = 0;i < num_alloacte;i ++){
if(temp[i] != -1){
return i;
}
else
{
continue;
}
}
return 0;
}
void change(){
int index;
int flag = 0;
for (int i = current + 1; i < num; i++)
{
for (int j = 0; j < num_alloacte; j++) //來判斷下一個作業是否已經在記憶體中
{
if(work_list[i] == memory_alloacte[j]){
flag = 1; //是的話讓標誌位置為1
break;
}
}
if(flag == 0){ //說明不在記憶體中，會出現頁面中斷。需要進行換頁。
index = judge();
if(memory_alloacte[index] != work_list[i]){
memory_alloacte[index] = work_list[i];
}
current ++;
print(work_list,memory_alloacte);
}
else
{
flag = 0;
current ++;
print(work_list,memory_alloacte);
continue;
}
}
}
int main(){
input();
change();
system("pause");
}