先进先出页面置换算法（FIFO）

最新推荐文章于 2025-09-17 14:20:49 发布

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本文详细介绍了FIFO页面置换算法的基本原理及其实现过程，通过具体实例展示了算法的工作流程，包括页面置换的发生条件和替换指针的作用。

什么是FIFO

该算法总是淘汰最新进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰，该算法简单，只需把一个进程已调入内存的页面按先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，称为替换指针，使它总是指向最老的页面。但该算法与进程实际运行的规律不相适应，因为在进程中没有写页面经常被访问，比如，含有全局变量、常用函数、例程等的页面，FIFO算法并不能保证这些页面不被淘汰。

基本思想

当进程访问一个页面时，会有三种情况：

（a）有空闲的内存页,且内存中没有该页面

（b）没有空闲的内存页，但是内存中已有该页面

（c）没有空闲的内存页，内存中也没有该页面，要进行页面置换
举例如下：

测试用例：页面队列为：7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1；分配的内存物理块数为3。

FIFO就是寻找在内存中存在时间最久的那一个页面，将之替换出去，我们可以设置一个countOldPoint变量，初始值为0，来指示呆在内存中最久的页面;
设置一个变量PRO_MEMORY来指示分配的内存物理块数。比如说，

此时内存可用的空间已满，那么countOldPoint初始值为0,也就是开始时指示7这个页面，当内存空间满时，且要调入内存空间的页面不在此时的内存中时，则要发生替换，则将7替换出去，然后，令countOldPoint++，此时countOldPoint指示的是页面0.所以实现时，即当发生页面替换时，就会令countOldPoint++，并且令countOldPoint % PRO_MEMORY（当countOldPoint指向内存中最后一个物理块时，下一次）。这样便实现了之前所说的“替换指针”的作用。下面用图解释这段话：

（1）（2）（3）（4）（5）

从（1）状态到（2）状态，是内存调入了页面2，并把页面7替换出去，接着替换指针便指向了第二个内存物理块中存的页面；
从（2）状态到（3）状态，是因为内存需要页面0，但此页面已在内存中，所以不发生页面置换，所以替换指针也不发生变化；
从（3）状态到（4）状态，是内存调入了页面3，并把当前替换指针指向的页面0替换出去了，接着替换指针指向了第三个内存物理块中存的页面；
从（4）状态到（5）状态，是内存调入了页面0，并把当前替换指针指向的页面1替换出去了，因为总共分配了三块物理块，所以现在替换指针便又开始指向第一个内存物理块中的页面；
依次循环，执行完后面所有的页面。

总结：替换指针总是在发生页面置换的时候改变指向的内存物理块中，也就是改变了指向的页面。

源代码：

1、工具类：Page

  #include"Page.h"
intPage::getId()const{
returnthis->id;
}
voidPage::setId(int id){
this->id = id;
}
intPage::getCount()const{
return count;
}
voidPage::inc(){
    count++;
}
voidPage::setCount(int count){
this->count = count;
}
Page::Page(int id){
this->id = id;
}
Page::~Page(){
}

2、核心算法

  #include"Page.h"
#include<iostream>
#include<vector>
#include<iostream>
#include"FIFO.h"
#include<fstream>
#include<conio.h>
usingnamespace std;
typedefvector<Page> LISTPAGE;
typedefvector<int> USEPAGE;
LISTPAGE pages;
USEPAGE usePageNumList;
ofstream ofs("F:\\coodblock\\Test\\record.txt",ios::app);
void FIFO::init()
{
if(!ofs)return;
//初始化count
    count =0;
    cout <<"请输入分配的内存块数：";
    cin >> PRO_MEMORY;
    ofs <<"请输入分配的内存块数："<< PRO_MEMORY <<"\n";
    cout <<"请输入页面队列的长度：";
    cin >> length;
    cout <<"请输入页面使用列表，以空格分开：";
    ofs <<"请输入页面使用列表，以空格分开：";
int da;
for(int i =0; i < length; i++)
{
        cin >> da;
        usePageNumList.push_back(da);
        ofs << da <<" ";
}
    ofs <<"\n页面置换过程如下：\n";
for(int j =0; j < PRO_MEMORY; j++)
{
Page*p =newPage(-1);
        pages.push_back(*p);
}
}
/**
 * 显示当前内存中保留的的页面
 */
void FIFO::display()
{
    cout <<"当前内存保留的页面是：";
    ofs <<"当前内存保留的页面是：";
for(int i =0; i < pages.size(); i++)
{
        cout << pages[i].getId()<<" ";
        ofs << pages[i].getId()<<" ";
}
    ofs <<"\n";
    cout << endl;
}
bool FIFO::search(int pageId)
{
for(int i =0; i < pages.size(); i++)
{
if(pages[i].getId()== pageId)
returntrue;
}
returnfalse;
}
void FIFO::replace(int pageId)
{
//置换在内存中呆的时间最久的页面
int outPageId =-1;
    outPageId = pages[countOldPoint].getId();
    pages[countOldPoint].setId(pageId);
    cout <<"页号ID："<< pageId <<"正在放入内存，页号ID："<< outPageId <<"被替换出去"<< endl;
    ofs <<"页号ID："<< pageId <<"正在放入内存，页号ID："<< outPageId <<"被替换出去\n";
}
void FIFO::running()
{
for(int i =0; i < length; i++)
{
        countOldPoint = countOldPoint % PRO_MEMORY;
int inPageId = usePageNumList[i];
int key = getch();
if(key==13){
if(search(inPageId))
{
            cout <<"内存中有ID为"<< inPageId <<",这个页面不能置换"<< endl;
            ofs <<"内存中有ID为"<< inPageId <<",这个页面不能置换\n";
}
elseif(count < PRO_MEMORY)//有空闲内存页
{
            pages[count++].setId(inPageId);
            cout <<"页号ID："<< inPageId <<"正在放入内存中"<< endl;
            ofs <<"页号ID："<< inPageId <<"正在放入内存中\n";
}
else//替换
{
            replace(inPageId);
            lackTime++;
            countOldPoint++;
}
        display();
}else{
        i--;
        cout<<"请按enter键"<<endl;
}
}
    cout <<"缺页次数为："<< lackTime <<",缺页率为："<<(float) lackTime /(length - PRO_MEMORY)<< endl;
    ofs <<"缺页次数为："<< lackTime <<",缺页率为："<<(float) lackTime /(length - PRO_MEMORY)<<"\n";
    ofs <<"============================================================";
    ofs.close();
}