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 map = new LinkedHashMap ((int) Math.ceil(cacheSize / 0.75f) + 1, 0.75f, true) { /** * */ private static final long serialVersionUID = 1L; @Override protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) { return size() > cacheSize; } }; /** * 重写toString()方法 */ @Override public String toString() { StringBuilder sb = new StringBuilder(); for (Map.Entry 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
1 import java.awt.BorderLayout; 2 import java.awt.GridLayout; 3 import java.awt.event.ActionEvent; 4 import java.awt.event.ActionListener; 5 import java.util.ArrayList; 6 7 import javax.swing.BorderFactory; 8 import javax.swing.JButton; 9 import javax.swing.JFrame; 10 import javax.swing.JLabel; 11 import javax.swing.JOptionPane; 12 import javax.swing.JPanel; 13 import javax.swing.JScrollPane; 14 import javax.swing.JTextArea; 15 import javax.swing.JTextField; 16 17 /** 18 * MainFrame类： 继承JFrame，同时实现接口ActionListener 19 * 20 * @author SUIXUE 21 * 22 */ 23 public class MainFrame extends JFrame implements ActionListener { 24 25 /** 26 * 27 */ 28 private static final long serialVersionUID = 1L; 29 30 private int memory = 0; 31 private int page = 0; 32 private int memoryQuNum = 0; 33 34 public int cacheSizeNum = 16; 35 public int cacheGroupNum = 2; 36 public int cacheBlockNumber = 2; 37 38 private int cacheNum = cacheGroupNum * cacheBlockNumber; 39 private int memoryBlockNum = 0; 40 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 41 42 public Cache[] cache;// 将cache的每组看做一个cache块 43 public ArrayList [] cacheAddrs;// 每组都有对应的地址流 44 45 /** 46 * 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) 47 */ 48 public void initCache() { 49 for (int i = 0; i < cache.length; i++) { 50 cache[i] = new Cache(cacheBlockNumber); 51 } 52 } 53 54 /** 55 * 初始化地址流 56 * 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 57 */ 58 public void initAddrs() { 59 for (int i = 0; i < cacheAddrs.length; i++) { 60 cacheAddrs[i] = new ArrayList<>(); 61 } 62 for (int i = 0; i < addr.length; i++) { 63 int temp = addr[i] % this.cacheNum;// 7%4 = 3 64 int groupNum = temp / this.cacheBlockNumber;// 3/2 = 1 65 66 ArrayList arrayList = cacheAddrs[groupNum]; 67 arrayList.add(addr[i]);// 向各组添加地址流 68 69 //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 70 if(i != 0){ 71 for(int j = 0; j < cacheGroupNum;j++){ 72 if(j != groupNum && cacheAddrs[j].size()>0){ 73 cacheAddrs[j].add(cacheAddrs[j].get(cacheAddrs[j].size()-1)); 74 } 75 } 76 } 77 } 78 } 79 80 private JPanel mainPanel; 81 82 /** 83 * 左侧面板 84 */ 85 private JPanel originalPanel; 86 87 // 主存大小 88 private JPanel memoryPanel; 89 private JLabel memorySizeLabel; 90 private JTextField memorySize; 91 92 // 页面数 93 private JPanel pagePanel; 94 private JLabel pageNumLabel; 95 private JTextField pageNum; 96 97 // cache 98 private JPanel cachePanel; 99 100 // cache大小101 private JPanel cacheSizePanel;102 private JLabel cacheSizeLabel;103 private JTextField cacheSize;104 105 // 组数106 private JPanel cacheGroupSizePanel;107 private JLabel cacheGroupSizeLabel;108 private JTextField cacheGroupSize;109 110 // 组内块数111 private JPanel cacheBlockNumPanel;112 private JLabel cacheBlockNumLabel;113 private JTextField cacheBlockNum;114 115 // 按钮116 private JPanel button;117 private JPanel addrPanel;118 private JTextField addrText;119 private JLabel addrLabel;120 private JButton affirm;121 122 /**123 * 右侧面板124 */125 private JScrollPane scrollPanel;126 private JPanel resultPanel;127 128 private JLabel display;129 130 // 右侧转换结果显示框131 private JTextArea resultArea;132 133 /**134 * 构造函数135 */136 public MainFrame() {137 initComponent();138 }139 140 // 初始各组件141 private void initComponent() {142 143 // 设置布局144 mainPanel = new JPanel();145 mainPanel.setLayout(new GridLayout(1, 2));146 147 // --------左侧面板---------------148 originalPanel = new JPanel();149 originalPanel.setLayout(new BorderLayout());150 151 // -------主存面板----------------152 memoryPanel = new JPanel();153 memorySizeLabel = new JLabel("主存容量");154 memorySize = new JTextField(10);155 memorySize.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT);156 memorySize.setText("32");157 JLabel unitLabel = new JLabel("KB");158 memoryPanel.add(memorySizeLabel, BorderLayout.WEST);159 memoryPanel.add(memorySize, BorderLayout.CENTER);160 memoryPanel.add(unitLabel, BorderLayout.EAST);161 162 // ---------页面大小面板----------------163 pagePanel = new JPanel();164 pageNumLabel = new JLabel("页面大小");165 pageNum = new JTextField(10);166 pageNum.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT);167 pageNum.setText("3");168 JLabel unitLabel1 = new JLabel("页");169 pagePanel.add(pageNumLabel, BorderLayout.WEST);170 pagePanel.add(pageNum, BorderLayout.CENTER);171 pagePanel.add(unitLabel1, BorderLayout.EAST);172 173 JPanel tempPanel = new JPanel();174 tempPanel.setLayout(new GridLayout(2, 1));175 tempPanel.add(memoryPanel);176 tempPanel.add(pagePanel);177 178 // -----------cache面板---------------179 cachePanel = new JPanel();180 cachePanel.setLayout(new GridLayout(3, 1));181 cachePanel.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("cache"));182 183 cacheSizeLabel = new JLabel("cahce大小");184 cacheSize = new JTextField(10);185 cacheSize.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT);186 cacheSize.setText("16");187 JLabel unitLabel2 = new JLabel("KB");188 cacheSizePanel = new JPanel();189 cacheSizePanel.add(cacheSizeLabel, BorderLayout.WEST);190 cacheSizePanel.add(cacheSize, BorderLayout.CENTER);191 cacheSizePanel.add(unitLabel2, BorderLayout.EAST);192 193 cacheGroupSizeLabel = new JLabel("cahce组数");194 cacheGroupSize = new JTextField(10);195 cacheGroupSize.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT);196 cacheGroupSize.setText("2");197 JLabel unitLabel3 = new JLabel("组");198 cacheGroupSizePanel = new JPanel();199 cacheGroupSizePanel.add(cacheGroupSizeLabel, BorderLayout.WEST);200 cacheGroupSizePanel.add(cacheGroupSize, BorderLayout.CENTER);201 cacheGroupSizePanel.add(unitLabel3, BorderLayout.EAST);202 203 cacheBlockNumLabel = new JLabel("组内块数 ");204 cacheBlockNum = new JTextField(10);205 cacheBlockNum.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT);206 cacheBlockNum.setText("2");207 JLabel unitLabel4 = new JLabel("块");208 cacheBlockNumPanel = new JPanel();209 cacheBlockNumPanel.add(cacheBlockNumLabel, BorderLayout.WEST);210 cacheBlockNumPanel.add(cacheBlockNum, BorderLayout.CENTER);211 cacheBlockNumPanel.add(unitLabel4, BorderLayout.EAST);212 213 cachePanel.add(cacheSizePanel);214 cachePanel.add(cacheGroupSizePanel);215 cachePanel.add(cacheBlockNumPanel);216 217 button = new JPanel();218 button.setLayout(new GridLayout(2,1));219 220 addrLabel = new JLabel("块地址流 ");221 addrText = new JTextField(20);222 addrText.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT);223 addrText.setText("1 2 4 1 3 7 0 1 2 5 4 6 4 7 2");224 addrPanel = new JPanel();225 addrPanel.add(addrLabel,BorderLayout.WEST);226 addrPanel.add(addrText,BorderLayout.CENTER);227 228 JPanel affirmPanel = new JPanel();229 affirm = new JButton("确定");230 affirmPanel.add(affirm,BorderLayout.CENTER);231 232 button.add(addrPanel);233 button.add(affirmPanel);234 affirm.addActionListener(this);235 236 originalPanel.add(tempPanel, BorderLayout.NORTH);237 originalPanel.add(cachePanel, BorderLayout.CENTER);238 originalPanel.add(button, BorderLayout.SOUTH);239 240 // --------右侧面板---------------241 resultPanel = new JPanel();242 resultPanel.setLayout(new BorderLayout());243 244 display = new JLabel("Cache中各个块的使用情况");245 246 resultArea = new JTextArea();247 resultArea.setEditable(false);248 resultArea.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("RESULT"));249 250 scrollPanel = new JScrollPane(resultArea);251 252 resultPanel.add(display, BorderLayout.NORTH);253 resultPanel.add(scrollPanel, BorderLayout.CENTER);254 255 // -------------------------------------------------------256 mainPanel.add(originalPanel);257 mainPanel.add(resultPanel);258 mainPanel.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("三级调度模拟"));259 260 this.add(mainPanel);261 this.setTitle("小可爱的三级调度模拟");262 this.setSize(750, 350);263 this.setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE);264 this.setResizable(false);265 this.setLocationRelativeTo(null);266 this.setVisible(true);267 268 }269 270 @Override271 public void actionPerformed(ActionEvent e) {272 273 try {274 this.memory = Integer.valueOf(memorySize.getText());275 this.page = Integer.valueOf(pageNum.getText());276 this.cacheSizeNum = Integer.valueOf(cacheSize.getText());277 this.cacheGroupNum = Integer.valueOf(cacheGroupSize.getText());278 this.cacheBlockNumber = Integer.valueOf(cacheBlockNum.getText());279 this.cacheNum = cacheGroupNum * cacheBlockNumber;280 this.memoryQuNum = this.memory / this.cacheSizeNum;281 this.memoryBlockNum = this.memoryQuNum * this.cacheNum;282 283 cache = new Cache[cacheGroupNum];284 cacheAddrs = new ArrayList[cacheGroupNum];285 286 String addrString = this.addrText.getText();287 String[] addrItems = addrString.split(" ");288 289 for(int i=0;i 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）