操作系统中的最佳置换Optimal算法的实现(java实现)

在学习操作系统这本书的时候，我们使用的是汤小丹老师的《计算机操作系统》接下来我将会使用java语言去实现内部代码。

Swap指令

最佳置换算法是由Belady于1966年提出的一种理论上的算法。其所选择的被淘汰页面是以后永不使用的，或许是在最长（未来）时间内不再被访问的页面。采用最佳置换算法通常保证获取最低的缺页率。但人们目前还无法与之，一个线程在内存的若干个页面中，哪个页面是未来最长时间内不再被访问的，因此该算法是无法实现的，但是可以利用该算法去评价其他算法。现在就说明如下。

假定系统为某进程分配了三个物理块，并考虑有以下的页面号引用串：

7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, 1

进程运行时，先将7，0，1三个页面装在内存，以后需要访问页面2时，将产生缺页中断。此时OS将根据最佳算法置换算法将选择页面7予以淘汰。这是因为页面0将作为第五个被访问的页面，页面1为第十四个被访问的页面，而页面7则是要在低18次访问才需要引入，以此类推。

以下是源代码实现部分：

package chapter02;

public class P175Optimal {
    //查找数组中是否存在并且未存储元素的索引
    public static int existEmpty(int[] place){
        for (int i = 0; i < place.length; i++) {
            if(place[i]==-1)
                return i;
        }
        //不为空
        return -1;
    }

    //查找元素是否在数组中存在
    public static boolean paramExist(int[] place,int param){
        for (int i = 0; i < place.length; i++) {
            if(place[i]==param)
                return true;
        }
        //不为空
        return false;
    }

    //获取最大距离值
    public static int getMaxIndexOfNeed(int[] place,int[] block,int start){
        //最近需求定位
        int minBlockIndex = -1;
        int minPlaceIndex = -1;
        for(int PlaceIndex = 0;PlaceIndex<place.length;PlaceIndex++){
            for (int BlockIndex = start + 1; BlockIndex < block.length; BlockIndex++) {
                if (block[BlockIndex] == place[PlaceIndex]) {
                    if (minBlockIndex < BlockIndex) {
                        minBlockIndex = BlockIndex;
                        minPlaceIndex = PlaceIndex;
                    }
                    break;
                }
                //这操作是查找获取最大距离值的时，发现内存中的元素以后永久不使用的元素时候
                if(BlockIndex==block.length-1 && block[BlockIndex]!=place[PlaceIndex]){
                    return PlaceIndex;
                }
            }
        }
        return minPlaceIndex;
    }
    public static void main(String[] args) {
        int[] block = new int[]{7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, 1};
        int[] place = new int[]{-1, -1, -1};
        for (int index = 0; index < block.length; index++) {
            //假设元素存在则不需要进行任何操作
            if(paramExist(place,block[index])){
                continue;
            }else {
                int emptyIndex = existEmpty(place);
                //当前已经元素满了
                if(emptyIndex==-1){
                    int maxIndex = getMaxIndexOfNeed(place,block,index);
                    place[maxIndex] = block[index];
                    for (int param : place) {
                        System.out.print(param + " ");
                    }
                    System.out.println();
                }else{
                    place[emptyIndex] = block[index];

                }
            }
        }
    }
}

实验结果：

"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_101\bin\java.exe" 
2 0 1 
2 0 3 
2 4 3 
2 0 3 
2 0 1 
7 0 1 

实验结果与上结果一致。