C++实现LFU页面置换算法和计算缺页率代码 |21xrx.com

C++实现LFU页面置换算法和计算缺页率代码

2023-07-02 13:54:58 深夜i -- --

C++ LFU页面置换算法计算缺页率代码实现内存管理

随着计算机应用领域的不断扩大，对计算机性能的要求也愈加严格。而页面置换算法作为计算机内存管理的一种重要方法，对提高系统性能有着不可或缺的作用。本文将介绍C++实现的LFU页面置换算法，并提供计算缺页率的代码。

首先，我们需要了解LFU（Least Frequently Used）页面置换算法。该算法的主要思想是根据每个页面被访问的次数来决定页的使用频率，使用次数最少的页需要被置换出内存，以便为更常使用的页腾出空间。在实现中，我们可以使用一个哈希表记录每个页面的使用次数，并将页面存储在链表中。当内存空间不足以容纳新的页面时，我们需要选择使用次数最少的页面进行置换。

下面是C++实现的LFU页面置换算法代码示例：


#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <list>
using namespace std;
class LFUCache {
private:
  int _capacity;
  int _size;
  unordered_map<int, pair<int, int>> _cache;
  unordered_map<int, list<int>::iterator> _freqMap;
  unordered_map<int, list<int>> _listMap;
  int _minFreq;
public:
  LFUCache(int capacity) : _capacity(capacity), _size(0), _minFreq(0) {
    _cache.clear();
    _freqMap.clear();
    _listMap.clear();
  }
  
  int get(int key) {
    if (_cache.find(key) == _cache.end())
      return -1;
    
    update(key, _cache[key].second);
    return _cache[key].first;
  }
  
  void put(int key, int value) {
    if (_capacity <= 0)
      return;
    
    if (_cache.find(key) != _cache.end()) {
      _cache[key].first = value;
      update(key, _cache[key].second);
    } else {
      if (_size >= _capacity) {
        int delKey = _listMap[_minFreq].back();
        _freqMap.erase(delKey);
        _cache.erase(delKey);
        _listMap[_minFreq].pop_back();
        _size--;
      }
      _cache[key] = make_pair(value, 1);
      _freqMap[key] = _listMap[1].insert(_listMap[1].begin(), key);
      _minFreq = 1;
      _size++;
    }
  }
  
  void update(int key, int freq) {
    _listMap[freq].erase(_freqMap[key]);
    if (_listMap[freq].size() == 0) {
      _listMap.erase(freq);
      if (_minFreq == freq) {
        _minFreq++;
      }
    }
    _cache[key].second++;
    freq++;
    if (_listMap.find(freq) == _listMap.end()) {
      _listMap[freq] = list<int>();
    }
    _freqMap[key] = _listMap[freq].insert(_listMap[freq].begin(), key);
  }
};

上述代码中，我们使用了三个哈希表分别记录缓存容量和大小（`_capacity`和`_size`）、键和值存储在一个pair中的哈希表`_cache`，以及每个访问次数和访问次数相同的键的列表的哈希表`_listMap`。另外，我们还使用一个`_freqMap`，用于记录每个键的访问次数。

其中，`get`方法用于查找并返回键对应的值，如果不存在该键则返回-1。在查找完成后，我们需要使用`update`方法更新键的访问次数和访问次数相同的键的列表，以确保内存中的页面都是最常用的。

另外，`put`方法用于向缓存中添加新的键值对。如果键已经存在，我们需要使用`update`方法更新缓存中的值。如果该键不存在，则需要进行以下操作：

1. 如果缓存已满，则删除访问次数最少的页面。

2. 向`_cache`添加新的键值对。

3. 更新访问次数和访问次数相同的键的列表。

4. 如果当前插入的键被访问的次数为1，则将最小访问次数值设置为1。

接下来，我们还需要计算缺页率。缺页率是指系统在执行过程中因为页面调度算法的缺页或换页而导致CPU算力的浪费。下面是计算缺页率的代码示例：


#include <iostream>
#include <fstream>
#include <sstream>
#include <vector>
using namespace std;
double calculatePagesFaultRate(const vector<int>& pageReferences, int pagesNum) {
  int faults = 0;
  LFUCache cache(pagesNum);
  for (int i = 0; i < pageReferences.size(); i++) {
    int val = cache.get(pageReferences[i]);
    if (val == -1) {
      faults++;
      cache.put(pageReferences[i], 0);
    }
  }
  return static_cast<double>(faults) / pageReferences.size();
}
int main() {
  vector<int> pageReferences;
  int pagesNum;
  ifstream fin("input.txt");
  string line;
  while (getline(fin, line)) {
    stringstream ss(line);
    int num;
    while (ss >> num) {
      pageReferences.push_back(num);
    }
  }
  fin.close();
  cout << "Please input the total page numbers: ";
  cin >> pagesNum;
  double rate = calculatePagesFaultRate(pageReferences, pagesNum);
  cout << "The page fault rate is: " << rate << endl;
  return 0;
}

上述代码中，我们首先使用`ifstream`和`stringstream`读取输入文件内容，并将页面访问顺序存储在`pageReferences`向量中。接着，我们使用`cin`让用户输入页面总数量。最后，我们调用`calculatePagesFaultRate`函数计算缺页率，并输出结果。

综上，本文介绍了C++实现的LFU页面置换算法及计算缺页率的代码。通过实现LFU算法和计算缺页率，我们可以更好地理解页面置换算法的工作原理，并进一步提高计算机系统的性能。

上一篇: idea打包java可执行jar包

下一篇: C++中如何输出栈（Stack）？

评论区

()

相似文章