近日，在体系结构的课程中，老师留了一个上机作业，为cache—主存—辅存三级调度模拟，要求如下：
实现三级存储体系的模拟调度程序
描述：CPU在cache访问数据块，若命中给出对应的cache实地址，若不命中在主存中查找，如果找到调入到cache中，若是cache已满使用LRU算法进行替换，采用写回法保持cache与主存的一致性。若是没有命中在辅存中查找，找到之后调入到主存，并更新cache。
实验要求：
（1）主存的容量可以更改
（2）分配给程序的页面数可以更改
（3）Cache采用组相连映像，cache大小、组数、组内块数均可以更改
（4）地址流可以采用输入的方式给出
（5）辅存部分可以不用实现
（6）要求有图形化的用户界面，上述参数均可以直接输入。
（7）显示执行程序时数据块以及页面的替换过程
（8）编程语言：选取自己熟悉的高级语言
百度了很久，没有找到Cache组相联映像的LRU替换算法，以下只是自己的一点想法与思路，若有不足，欢迎指正。
程序运行界面如下：
点击确定后：
第0组Cache块中各个块的使用情况为：
T1时刻 1
T2时刻 1
T3时刻 1 4
T4时刻 4 1
T5时刻 4 1
T6时刻 4 1
T7时刻 1 0
T8时刻 0 1
T9时刻 0 1
T10时刻 1 5
T11时刻 5 4
T12时刻 5 4
T13时刻 5 4
T14时刻 5 4
T15时刻 5 4
第1组Cache块中各个块的使用情况为：
T2时刻 2
T3时刻 2
T4时刻 2
T5时刻 2 3
T6时刻 3 7
T7时刻 3 7
T8时刻 3 7
T9时刻 7 2
T10时刻 7 2
T11时刻 7 2
T12时刻 2 6
T13时刻 2 6
T14时刻 6 7
T15时刻 7 2
下面是Cache类的代码，主要实现Cache的LRU替换算法，使用LinkedHashMap本身自带的特性实现的LRU算法
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;/**
* 模拟Catch块中的LRU替换算法
* 此处使用java中LinkedHashMap,利用其自身特性，对removeEldestEntry()方法进行重写
* @author SUIXUE
*
*/
public class Cache { public int cacheSize = 2; public Cache(){ } public Cache(int cacheSize){
this.cacheSize = cacheSize;
} //此处的写法避免了新建类，也无需继承
Map<Integer, Integer> map = new LinkedHashMap<Integer, Integer>((int) Math.ceil(cacheSize / 0.75f) + 1, 0.75f, true) {
/**
*
*/
private static final long serialVersionUID = 1L; @Override
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<Integer, Integer> eldest) {
return size() > cacheSize;
}
}; /**
* 重写toString()方法
*/
@Override
public String toString() {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (Map.Entry<Integer, Integer> entry : this.map.entrySet()) {
sb.append(String.format("%s ", entry.getKey()));
}
return sb.toString();
} /**
* 此处的主要目的是在Cache中采用组相联映像时，在输出结果时同时显示当前时间
* @param addr
* @return
*/
public String display(int[] addr){
StringBuilder sb = new StringBuilder();
int index =15-addr.length+1;
for(int i = 0; i < addr.length;i++){
this.map.put(addr[i], 0);
sb.append("T").append(index++).append("时刻 ").append(this.toString()+"\n");
}
return sb.toString();
}
}
下面是主界面的代码
import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.GridLayout;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.util.ArrayList; import javax.swing.BorderFactory;
import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JLabel;
import javax.swing.JOptionPane;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JScrollPane;
import javax.swing.JTextArea;
import javax.swing.JTextField; /**
* MainFrame类： 继承JFrame，同时实现接口ActionListener
*
* @author SUIXUE
*
*/
public class MainFrame extends JFrame implements ActionListener { /**
*
*/
private static final long serialVersionUID = 1L; private int memory = 0;
private int page = 0;
private int memoryQuNum = 0; public int cacheSizeNum = 16;
public int cacheGroupNum = 2;
public int cacheBlockNumber = 2; private int cacheNum = cacheGroupNum * cacheBlockNumber;
private int memoryBlockNum = 0;
public int[] addr = new int[] {1,2,4,1,3,7,0,1,2,5,4,6,4,7,2};//默认的地址流，可以在界面文本框中更改 public Cache[] cache;// 将cache的每组看做一个cache块
public ArrayList<Integer>[] cacheAddrs;// 每组都有对应的地址流 /**
* 初始化Cache分组(本方法是将每个分组看做一个单独独立的Cache块)
*/
public void initCache() {
for (int i = 0; i < cache.length; i++) {
cache[i] = new Cache(cacheBlockNumber);
}
} /**
* 初始化地址流
* 将用户输入的地址流，通过分析，分别对应进入不同的Cache分组中
*/
public void initAddrs() {
for (int i = 0; i < cacheAddrs.length; i++) {
cacheAddrs[i] = new ArrayList<>();
}
for (int i = 0; i < addr.length; i++) {
int temp = addr[i] % this.cacheNum;// 7%4 = 3
int groupNum = temp / this.cacheBlockNumber;// 3/2 = 1 ArrayList<Integer> arrayList = cacheAddrs[groupNum];
arrayList.add(addr[i]);// 向各组添加地址流 //当当前地址不对其他组进行影响时，其他组中的Cache地址流其实等同于该时刻仍是它上一次的地址
if(i != 0){
for(int j = 0; j < cacheGroupNum;j++){
if(j != groupNum && cacheAddrs[j].size()>0){
cacheAddrs[j].add(cacheAddrs[j].get(cacheAddrs[j].size()-1));
}
}
}
}
} private JPanel mainPanel; /**
* 左侧面板
*/
private JPanel originalPanel; // 主存大小
private JPanel memoryPanel;
private JLabel memorySizeLabel;
private JTextField memorySize; // 页面数
private JPanel pagePanel;
private JLabel pageNumLabel;
private JTextField pageNum; // cache
private JPanel cachePanel; // cache大小
private JPanel cacheSizePanel;
private JLabel cacheSizeLabel;
private JTextField cacheSize; // 组数
private JPanel cacheGroupSizePanel;
private JLabel cacheGroupSizeLabel;
private JTextField cacheGroupSize; // 组内块数
private JPanel cacheBlockNumPanel;
private JLabel cacheBlockNumLabel;
private JTextField cacheBlockNum; // 按钮
private JPanel button;
private JPanel addrPanel;
private JTextField addrText;
private JLabel addrLabel;
private JButton affirm; /**
* 右侧面板
*/
private JScrollPane scrollPanel;
private JPanel resultPanel; private JLabel display; // 右侧转换结果显示框
private JTextArea resultArea; /**
* 构造函数
*/
public MainFrame() {
initComponent();
} // 初始各组件
private void initComponent() { // 设置布局
mainPanel = new JPanel();
mainPanel.setLayout(new GridLayout(1, 2)); // --------左侧面板---------------
originalPanel = new JPanel();
originalPanel.setLayout(new BorderLayout()); // -------主存面板----------------
memoryPanel = new JPanel();
memorySizeLabel = new JLabel("主存容量");
memorySize = new JTextField(10);
memorySize.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT);
memorySize.setText("32");
JLabel unitLabel = new JLabel("KB");
memoryPanel.add(memorySizeLabel, BorderLayout.WEST);
memoryPanel.add(memorySize, BorderLayout.CENTER);
memoryPanel.add(unitLabel, BorderLayout.EAST); // ---------页面大小面板----------------
pagePanel = new JPanel();
pageNumLabel = new JLabel("页面大小");
pageNum = new JTextField(10);
pageNum.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT);
pageNum.setText("3");
JLabel unitLabel1 = new JLabel("页");
pagePanel.add(pageNumLabel, BorderLayout.WEST);
pagePanel.add(pageNum, BorderLayout.CENTER);
pagePanel.add(unitLabel1, BorderLayout.EAST); JPanel tempPanel = new JPanel();
tempPanel.setLayout(new GridLayout(2, 1));
tempPanel.add(memoryPanel);
tempPanel.add(pagePanel); // -----------cache面板---------------
cachePanel = new JPanel();
cachePanel.setLayout(new GridLayout(3, 1));
cachePanel.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("cache")); cacheSizeLabel = new JLabel("cahce大小");
cacheSize = new JTextField(10);
cacheSize.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT);
cacheSize.setText("16");
JLabel unitLabel2 = new JLabel("KB");
cacheSizePanel = new JPanel();
cacheSizePanel.add(cacheSizeLabel, BorderLayout.WEST);
cacheSizePanel.add(cacheSize, BorderLayout.CENTER);
cacheSizePanel.add(unitLabel2, BorderLayout.EAST); cacheGroupSizeLabel = new JLabel("cahce组数");
cacheGroupSize = new JTextField(10);
cacheGroupSize.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT);
cacheGroupSize.setText("2");
JLabel unitLabel3 = new JLabel("组");
cacheGroupSizePanel = new JPanel();
cacheGroupSizePanel.add(cacheGroupSizeLabel, BorderLayout.WEST);
cacheGroupSizePanel.add(cacheGroupSize, BorderLayout.CENTER);
cacheGroupSizePanel.add(unitLabel3, BorderLayout.EAST); cacheBlockNumLabel = new JLabel("组内块数 ");
cacheBlockNum = new JTextField(10);
cacheBlockNum.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT);
cacheBlockNum.setText("2");
JLabel unitLabel4 = new JLabel("块");
cacheBlockNumPanel = new JPanel();
cacheBlockNumPanel.add(cacheBlockNumLabel, BorderLayout.WEST);
cacheBlockNumPanel.add(cacheBlockNum, BorderLayout.CENTER);
cacheBlockNumPanel.add(unitLabel4, BorderLayout.EAST); cachePanel.add(cacheSizePanel);
cachePanel.add(cacheGroupSizePanel);
cachePanel.add(cacheBlockNumPanel); button = new JPanel();
button.setLayout(new GridLayout(2,1)); addrLabel = new JLabel("块地址流 ");
addrText = new JTextField(20);
addrText.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT);
addrText.setText("1 2 4 1 3 7 0 1 2 5 4 6 4 7 2");
addrPanel = new JPanel();
addrPanel.add(addrLabel,BorderLayout.WEST);
addrPanel.add(addrText,BorderLayout.CENTER); JPanel affirmPanel = new JPanel();
affirm = new JButton("确定");
affirmPanel.add(affirm,BorderLayout.CENTER); button.add(addrPanel);
button.add(affirmPanel);
affirm.addActionListener(this); originalPanel.add(tempPanel, BorderLayout.NORTH);
originalPanel.add(cachePanel, BorderLayout.CENTER);
originalPanel.add(button, BorderLayout.SOUTH); // --------右侧面板---------------
resultPanel = new JPanel();
resultPanel.setLayout(new BorderLayout()); display = new JLabel("Cache中各个块的使用情况"); resultArea = new JTextArea();
resultArea.setEditable(false);
resultArea.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("RESULT")); scrollPanel = new JScrollPane(resultArea); resultPanel.add(display, BorderLayout.NORTH);
resultPanel.add(scrollPanel, BorderLayout.CENTER); // -------------------------------------------------------
mainPanel.add(originalPanel);
mainPanel.add(resultPanel);
mainPanel.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("三级调度模拟")); this.add(mainPanel);
this.setTitle("小可爱的三级调度模拟");
this.setSize(750, 350);
this.setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE);
this.setResizable(false);
this.setLocationRelativeTo(null);
this.setVisible(true); } @Override
public void actionPerformed(ActionEvent e) { try {
this.memory = Integer.valueOf(memorySize.getText());
this.page = Integer.valueOf(pageNum.getText());
this.cacheSizeNum = Integer.valueOf(cacheSize.getText());
this.cacheGroupNum = Integer.valueOf(cacheGroupSize.getText());
this.cacheBlockNumber = Integer.valueOf(cacheBlockNum.getText());
this.cacheNum = cacheGroupNum * cacheBlockNumber;
this.memoryQuNum = this.memory / this.cacheSizeNum;
this.memoryBlockNum = this.memoryQuNum * this.cacheNum; cache = new Cache[cacheGroupNum];
cacheAddrs = new ArrayList[cacheGroupNum]; String addrString = this.addrText.getText();
String[] addrItems = addrString.split(" "); for(int i=0;i<addrItems.length;i++){
this.addr[i]=Integer.parseInt(addrItems[i]);
} this.initCache();
this.initAddrs(); StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < this.cache.length; i++) {
sb.append("第").append(i).append("组Cache块中各个块的使用情况为：\n");
int[] addrTemp = new int[cacheAddrs[i].size()];
for (int j = 0; j < this.cacheAddrs[i].size(); j++) {
addrTemp[j] = ((Integer) this.cacheAddrs[i].get(j))
.intValue();
}
sb.append(this.cache[i].display(addrTemp)).append("\n");
}
resultArea.setText(sb.toString());
} catch (Exception ex) {
JOptionPane.showMessageDialog(null, "所有输入均为正整数！\n地址流输入只能用一个空格隔开", "Sorry",
JOptionPane.INFORMATION_MESSAGE);
memorySize.setText("32");
pageNum.setText("3");
cacheSize.setText("16");
cacheGroupSize.setText("2");
cacheBlockNum.setText("2");
addrText.setText("1 2 4 1 3 7 0 1 2 5 4 6 4 7 2");
} } /**
* main 方法
*
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
new MainFrame();
}
}
MainFrame
在解决Cache的组相联映像中，我主要采用的方法是将地址流随Cache分组而进行分组，只有特定的主存块才能进入到特定的Cache组中。针对每一组的Cache进行基本的Cache的LRU替换算法（Cache类中）
