【内存管理】单文件CPP清晰模拟实现4种内存管理

内存中的进程

•内存一部分供操作系统使用（驻留监控程序、内核），一部分供当前活跃的进程使用，用于存放进程需要的数据和程序等。

•内存管理最基本的操作是由处理器把程序装入内存中执行。

•进程对应的内存空间包含5种不同的数据区：

代码段（Text）：代码段是用来存放可执行文件的操作指令，也就是说是它是可执行程序在内存中的镜像。
数据段（Data）：数据段存放可执行文件中已初始化全局变量，包括程序静态(static)分配变量和全局变量(global)。
BSS段：BSS段包含了程序中未初始化的全局变量和静态变量，在内存中 bss段全部置零。
堆（Heap）：堆是用于存放进程运行中被动态分配(malloc)的内存段。
    栈（Stack）：栈是用户存放程序临时创建的局部变量。除此以外，在函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且待到调用结束后，函数的返回值也会被存放回栈中。

在linux环境下编写程序，模拟一个作业的执行过程。

•用户输入系统分配给该作业的物理块N，和该作业要访问的逻辑页号序列长度L。

•该作业要访问的逻辑页号序列可以用户输入，也可以采用某种策略生成，如随机。

•采用下面不同的页面置换算法，并给出不同算法下的页面置换情况及其对应的缺页率。

•FIFO--先进先出，置换驻留在内存中时间最长的页。

•LRU--最近最少使用，置换内存中上次使用据当前最远的页。

•OPT--最佳置换，未来访问据当前时间最长的页。

•CLOCK--时钟算法，页框关联使用位。

为了好看（我为啥每次都在这种意义不明的事情上那么麻烦……）做了类命令行的操作界面，明明就是个控制台至于么……

每个函数和用户友好表达都封装成函数，自认为写起来还是比较清晰明朗的（都划分这么细了了好不好）

纯原创，请勿随意转载使用，如需使用请告知或署名okcd00，谢谢。

Code:

#include <cmath> #include <time.h>#include <cctype>#include <cstdio>#include <string>#include <cstdlib>#include <cstring>#include <windows.h>#include <iostream>#include <algorithm>using namespace std;int b[16];//blockint mem[256];//memorystring choice;//choice#define Max(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))#define Min(a,b) ((a)<(b)?(a):(b))int n,l;bool cmp(const int a, const int b){return a > b;}void sta()//start{cout<<"<Project4> = 20125209 IOT01 Chendian_陈点"<<endl; cout<<"Please input the number of Physic Blocks (Less than 15):";cin>>n;cout<<"Please input the Length of Sequence Length (Less than 255):";cin>>l;}void cus()//custom{cout<<"==Custom Setting=="<<endl;cout<<"Please Input "<<l<<" digits :(split with blank)"<<endl;for(int i=0;i<l;i++){cin>>mem[i];}cout<<"\n Custom_Set Finished"<<endl;}void ran()//random{srand(time(NULL));cout<<"==Random Setting=="<<endl;cout<<"Now Calculating";cout<<endl;for(int i=0;i<l;i++){mem[i]=rand()%8+1;cout<<".";}cout<<"\n Random_Set Finished"<<endl;}void inp()//input{cout<<"Do you want CUSTOM or RANDOM?(c/r):"<<endl;memset(mem,0,sizeof mem);while(1){cin>>choice;if(tolower(choice[0])=='c') {cus();break;}if(tolower(choice[0])=='r') {ran();break;}//7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1cout<<"Invalid Input , Please Try again:";} }void dis()//display{cout<<endl<<"@ FIFO -- 先进先出，置换驻留在内存中时间最长的页"<<endl<<"@ LRU  -- 最近最少使用，置换内存中上次使用据当前最远的页"<<endl<<"@ OPT  -- 最佳置换，未来访问据当前时间最长的页"<<endl<<"@ CLOCK-- 时钟算法，页框关联使用位"<<endl<<"@ Exit -- 退出"<<endl<<"@ Another Sequence -- 更换序列"<<endl<<"Please Select Replacing Algorithm(输入首字母即可):"<<endl;} void fif()//fifo{int pos=0;int cnt=0;memset(b,-1,sizeof b);for(int i=0;i<l;i++){int now=mem[i],f=0;for(int j=0;j<n;j++) if(b[j]==now) { f=1;break;}if(f){for(int j=0;j<n;j++) if(b[j]==-1)printf("# ");else printf("%d ",b[j]);printf("[命中]\t New is %d\n",now);}else{b[pos++]=now;pos=pos%n;cnt++;for(int j=0;j<n;j++) if(b[j]==-1)printf("# ");else printf("%d ",b[j]);printf("[缺页]\t New is %d\n",now);} }cout<<"缺页数:"<<cnt<<endl;cout<<"缺页率:"<<(double)cnt/(double)l *100.0 <<"%"<<endl;}void lru()//lru{int maxdis=-1;int chg=0,cnt=0;int rec[10]={0};//recordint dis[10]={0};//distancememset(b,-1,sizeof b);for(int i=0;i<l;i++){maxdis=-1;int now=mem[i],f=0;for(int j=0;j<n;j++){if(b[j]==now) {f=1;break;}if(b[j]==-1) {chg=j;break;}dis[b[j]]=i-rec[b[j]];//cout<<"dis["<<j<<"]:"<<dis[b[j]]<<endl;if(dis[b[j]]>maxdis)  maxdis=dis[b[j]],chg=j;}if(f){rec[now]=i;for(int j=0;j<n;j++) if(b[j]==-1)printf("# ");else printf("%d ",b[j]);printf("[命中]\t New is %d\n",now);}else{b[chg]=now,cnt++;rec[now]=i;for(int j=0;j<n;j++) if(b[j]==-1)printf("# ");else printf("%d ",b[j]);printf("[缺页]\t New is %d\n",now);} }cout<<"缺页数:"<<cnt<<endl;cout<<"缺页率:"<<(double)cnt/(double)l *100.0 <<"%"<<endl;}void opt()//opt{int maxdis=-1;int cnt=0;int dis[10]={0};//distancememset(b,-1,sizeof b);for(int i=0;i<l;i++){int pos=0;int chg=0;maxdis=-1;int now=mem[i],f=0;for(int j=0;j<n;j++){if(b[j]==now) {f=1;break;}if(b[j]==-1) {chg=j;break;}dis[b[j]]=0;for(int k=i+1;k<l;k++){if(mem[k]==b[j]){dis[b[j]]=k-i;break;}}//cout<<"dis["<<j<<"]:"<<dis[b[j]]<<endl;if(dis[b[j]]>maxdis)  maxdis=dis[b[j]],chg=j;}if(f){for(int j=0;j<n;j++) if(b[j]==-1)printf("# ");else printf("%d ",b[j]);printf("[命中]\t New is %d\n",now);}else{b[chg]=now,cnt++;for(int j=0;j<n;j++) if(b[j]==-1)printf("# ");else printf("%d ",b[j]);printf("[缺页]\t New is %d\n",now);} }cout<<"缺页数:"<<cnt<<endl;cout<<"缺页率:"<<(double)cnt/(double)l *100.0 <<"%"<<endl;}void clo()//clock{int cnt=0;int pos=0;int clk[10]={0};//clockint dis[10]={0};//distancememset(b,-1,sizeof b);for(int i=0;i<l;i++){int chg=0;int now=mem[i],f=0;while(1){if(b[pos]==now){f=1;clk[pos]=1;break;}if(b[pos]==-1 || clk[pos]==0){f=0;chg=pos;clk[pos]=1;break;}clk[pos]=0;pos++;pos=pos%n;}if(f==1){for(int j=0;j<n;j++) if(b[j]==-1)printf("# ");else printf("%d ",b[j]);printf("[命中]\t New is %d\n",now);}else if(f==0){b[chg]=now,cnt++;for(int j=0;j<n;j++) if(b[j]==-1)printf("# ");else printf("%d ",b[j]);printf("[缺页]\t New is %d\n",now);} }cout<<"缺页数:"<<cnt<<endl;cout<<"缺页率:"<<(double)cnt/(double)l *100.0 <<"%"<<endl;}int main(){sta();inp();cout<<"==Sequence Setting Finished=="<<endl; cout<<"Your Sequence is:"<<endl;for(int i=0;i<l;i++) cout<<mem[i]<<"\t";while(1){dis();cin>>choice;memset(b,0,sizeof b);if(tolower(choice[0])=='f') fif();else if(tolower(choice[0])=='l') lru();else if(tolower(choice[0])=='o') opt();else if(tolower(choice[0])=='c') clo();else if(tolower(choice[0])=='a') inp(); else if(tolower(choice[0])=='e') break;else cout<<"Invalid Input , Please Try again:";} cout<<"Thanks for Using"<<endl<<"\t__Author IOT Chendian 20125209"<<endl;return 0;}

实际运行代码测试

粗略的评析结果

FIFO算法较易实现，对具有线性顺序特征的程序比较适用，而对具有其他特征的程序则效率不高，此算法还可能出现抖动现象，当序列为周期为N的重复子序列时效率最低。
LRU算法基于程序的局部性原理，所以应该适用大多数程序，此算法实现需要维护淘汰队列。
OPT算法虽然产生的缺页数最少，然而，却需要预测程序的页面引用串，大多数情况下这是无法预知的，不可能对程序的运行过程做出精确的断言，不过此理论算法可用作衡量各种具体算法的标准。
时钟算法的话，有点像是改进了的FIFO算法，