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目 錄 1 問題的提出 問題的提出 1 1 1 關(guān)于頁(yè)面置換算法模擬程序問題的產(chǎn)生 1 1 2 任務(wù)分析 1 2 需求分析 需求分析 1 3 方案設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì) 2 4 總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 3 4 1 程序 N S 圖 3 4 2 主要的函數(shù) 3 4 3 主要流程圖及代碼 4 4 3 1 FIFO 先進(jìn)先出 4 4 3 2 LRU 最近最久未使用 5 4 3 3 OPT 最佳置換算法 7 4 4 實(shí)現(xiàn)結(jié)果 10 5 程序測(cè)試 程序測(cè)試 14 5 1 設(shè)計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù) 14 5 2 測(cè)試結(jié)果及分析 15 摘 要 隨著計(jì)算機(jī)的普及人們的物質(zhì)生活得到了極大的滿足 人們?cè)诰裆罘矫嫱瑯右残?頁(yè)面置換算法模擬程序 要提高 所以越來(lái)越多的人進(jìn)行著各種各樣的學(xué)習(xí) 操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)教學(xué)中最重要 的環(huán)節(jié)之一 也是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的一門重要的專業(yè)課程 操作系統(tǒng)質(zhì)量的好壞 直 接影響整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能和用戶對(duì)計(jì)算機(jī)的使用 一個(gè)精心設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)能極 大地?cái)U(kuò)充計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能 充分發(fā)揮系統(tǒng)中各種設(shè)備的使用效率 提高系統(tǒng)工作的 可靠性 由于操作系統(tǒng)涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種軟硬件資源的管理 內(nèi)容比較繁瑣 具 有很強(qiáng)的實(shí)踐性 要學(xué)好這門課程 必須把理論與實(shí)踐緊密結(jié)合 才能取得較好的學(xué) 習(xí)效果 本課程設(shè)計(jì)是學(xué)生學(xué)習(xí)完 操作系統(tǒng)教程 課程后 進(jìn)行的一次全面的綜合訓(xùn)練 通過課程設(shè)計(jì) 讓學(xué)生更好地掌握操作系統(tǒng)的原理及實(shí)現(xiàn)方法 加深對(duì)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)理 論和重要算法的理解 加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力 熟悉頁(yè)面置換算法及其實(shí)現(xiàn) 引入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)方法的概念 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 編制頁(yè)面置換算法模擬程序 打印頁(yè)面 FIFO 頁(yè)面算法 LRU 頁(yè)面置換算法 OPT 頁(yè)面置換算法 頁(yè)面置換算法模擬程序 引 言 1 1 問題的提出 問題的提出 1 11 1 關(guān)于頁(yè)面置換算法模擬程序問題的產(chǎn)生關(guān)于頁(yè)面置換算法模擬程序問題的產(chǎn)生 在各種存儲(chǔ)器管理方式中 有一個(gè)共同的特點(diǎn) 即它們都要求將一個(gè)作業(yè) 全部裝入內(nèi)存方能運(yùn)行 但是有兩種情況 1 有的作業(yè)很大 不能全部裝 入內(nèi)存 致使作業(yè)無(wú)法運(yùn)行 2 有大量作業(yè)要求運(yùn)行 但內(nèi)存容量不足以 容納所有這些作業(yè) 而虛擬內(nèi)存技術(shù)正式從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存容量 將會(huì)解決以 上兩個(gè)問題 從內(nèi)存中調(diào)出一頁(yè)程序或數(shù)據(jù)送磁盤的對(duì)換區(qū)中 通常 把選擇換出的頁(yè)面的 算法稱為頁(yè)面置換算法 Page Replacement Algorithms 進(jìn)而頁(yè)面置換算法 模擬程序能客觀的將其工作原理展現(xiàn)在我們面前 1 21 2 任務(wù)分析任務(wù)分析 首先 定義宏變量 設(shè)置所占最大內(nèi)存長(zhǎng)度 編輯以時(shí)間為種子 初始化 隨即發(fā)生器 進(jìn)行相關(guān)頁(yè)面輸入程序的編寫以及頁(yè)面的打印 爾后 尋找最近 最近最久未使用的頁(yè)面 記錄當(dāng)前內(nèi)存塊中頁(yè)面離下次使用間隔長(zhǎng)度等相關(guān)程 序的代碼編寫 最后 進(jìn)行 FIFO LRU OPT 三種算法的編寫 2 2 需求分析需求分析 1 用隨機(jī)數(shù)方法產(chǎn)生頁(yè)面走向 頁(yè)面走向長(zhǎng)度為 L 2 根據(jù)頁(yè)面走向 分別采用 FIFO 和 LRU 算法進(jìn)行頁(yè)面置換 統(tǒng)計(jì)缺頁(yè)率 為簡(jiǎn)化操作 在淘汰一頁(yè)時(shí) 只將該頁(yè)在頁(yè)表中抹去 而不再判斷它是 否被改寫過 也不將它寫回到輔存 3 假定可用內(nèi)存塊和頁(yè)表長(zhǎng)度 作業(yè)的頁(yè)面數(shù) 分別為 m 和 k 初始時(shí) 作業(yè)頁(yè)面都不在內(nèi)存 隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生程序 int i j 頁(yè)面置換算法模擬程序 j time NULL 取時(shí)鐘時(shí)間 srand j 以時(shí)鐘時(shí)間 x 為種子 初始化隨機(jī)數(shù)發(fā)生器 cout 輸出隨機(jī)數(shù) for i 0 i m i p i num rand 10 1 產(chǎn)生 1 到 10 之間的隨即數(shù)放到數(shù)組 p 中 p i time 0 cout p i num 上述隨機(jī)數(shù)發(fā)生函數(shù)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)為 0 0 1 0 稍另變化就可得到 0 n 1 之間的隨機(jī)數(shù) 程序開始時(shí) 應(yīng)對(duì)變量 Seed 實(shí)型 賦初值 根據(jù)頁(yè)面置換算法的理論操作及要求 首先要進(jìn)行頁(yè)面長(zhǎng)度的確定 定義 結(jié)構(gòu)體用以儲(chǔ)存數(shù)據(jù) 進(jìn)行主界面代碼及 FIFO LRU OPT 頁(yè)面置換算法代碼的 編寫 3 3 方案設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì) 首先 定義宏變量 設(shè)置所占最大內(nèi)存長(zhǎng)度 編輯以時(shí)間為種子 初始化隨 即發(fā)生器 進(jìn)行相關(guān)頁(yè)面輸入程序的編寫以及頁(yè)面的打印 其次 尋找最近最近最久未使用的頁(yè)面 記錄當(dāng)前內(nèi)存塊中頁(yè)面離下次使 用間隔長(zhǎng)度等相關(guān)程序的代碼編寫 最后 進(jìn)行 FIFO LRU OPT 三種算法的編寫 程序運(yùn)行平臺(tái) VC 6 0 具體操作如下 在 VC 6 0 的環(huán)境下準(zhǔn)備用時(shí)鐘函數(shù)調(diào)用庫(kù)函數(shù) include 取時(shí)鐘時(shí)間并存入 t 調(diào)用庫(kù)函數(shù) t time NULL 用時(shí)間 t 初 始化隨機(jī)數(shù)發(fā)生器調(diào)用 庫(kù)函數(shù) srand t 返回一個(gè) 1 10 之間的隨機(jī)數(shù) x rand 10 1 編寫三種算法 頁(yè)面置換算法模擬程序 4 4 總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 4 14 1 程序程序 N SN S 圖圖 程序開始 輸入選擇項(xiàng) 進(jìn)行判斷 頁(yè)面存在進(jìn)入下一部操作此項(xiàng)不存 在 輸入要輸出的結(jié)果 輸出結(jié)果 結(jié)束 4 24 2 主要的函數(shù)主要的函數(shù) Input int m Pro p L 打印頁(yè)面走向狀態(tài) void print Pro page1 打印當(dāng)前的頁(yè)面 int Search int e Pro page1 尋找內(nèi)存塊中與 e 相同的塊號(hào) int Max Pro page1 尋找最近最長(zhǎng)未使用的頁(yè)面 int Count Pro page1 int i int t Pro p L 記錄當(dāng)前內(nèi)存塊中頁(yè)面 離下次使用間隔長(zhǎng)度 int main 主函數(shù) 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器 include include 準(zhǔn)備用時(shí)鐘函數(shù)調(diào)用庫(kù)函數(shù) t time NULL 取時(shí)鐘時(shí)間并存入 t 調(diào)用庫(kù)函數(shù) srand t 用時(shí)間 t 初始化隨機(jī)數(shù)發(fā)生器調(diào)用庫(kù)函數(shù) x rand 10 1 返回一個(gè) 1 10 之間的隨機(jī)數(shù) 頁(yè)面置換算法模擬程序 4 34 3 主要流程圖主要流程圖及代碼及代碼 4 3 14 3 1 FIFOFIFO 先進(jìn)先出 先進(jìn)先出 設(shè)計(jì)原理 需要進(jìn)行頁(yè)面置換 即把內(nèi)存中裝入最早的那個(gè)頁(yè)面淘 汰 換入當(dāng)前的頁(yè)面 算法流程圖 Y N N Y 圖 4 1FIFO 算法流程圖 代碼 if c 1 FIFO 頁(yè)面置換 n 0 開始 頁(yè)面走向存入數(shù)組 p 中 內(nèi)存塊用 page 表示初 始化為 0 當(dāng)前 p 中第 i 個(gè) 元素是否已在內(nèi) 存中 Page 是否有空 把 page 中最先裝入的頁(yè) 面置換出去 i 把 p i 的內(nèi)容直接 裝入最上面一個(gè) 空內(nèi)存塊 i 輸出當(dāng)前內(nèi)存塊狀態(tài) 結(jié)束 i 頁(yè)面置換算法模擬程序 cout endl cout endl cout FIFO 算法頁(yè)面置換情況如下 endl cout endl cout endl while i 0 當(dāng)前頁(yè)面在內(nèi)存中 cout p i num 輸出當(dāng)前頁(yè) p i num cout 不缺頁(yè) endl i i 加 1 else 當(dāng)前頁(yè)不在內(nèi)存中 if t M t 0 else n 缺頁(yè)次數(shù)加 1 page t num p i num 把當(dāng)前頁(yè)面放入內(nèi) 存中 cout p i num print page 打印當(dāng)前頁(yè)面 t 下一個(gè)內(nèi)存塊 i 指向下一個(gè)頁(yè)面 cout 缺頁(yè)次數(shù) n 缺頁(yè)率 n m endl 4 3 24 3 2 LRULRU 最近最久未使用 最近最久未使用 設(shè)計(jì)原理 當(dāng)需要淘汰某一頁(yè)時(shí) 選擇離當(dāng)前時(shí)間最近的一段時(shí)間 內(nèi)最久沒有使用過的頁(yè)先淘汰該算法的主要出發(fā)點(diǎn)是 如果某頁(yè)被訪問了 則 頁(yè)面置換算法模擬程序 它可能馬上還要被訪問 或者反過來(lái)說如果某頁(yè)很長(zhǎng)時(shí)間未被訪問 則它在最 近一段時(shí)間也不會(huì)被訪問 算法流程圖 Y N Y N 圖 4 2 LRU 算法流程圖 代碼 if c 2 LRU 頁(yè)面置換 n 0 cout endl 開始 頁(yè)面走向存入數(shù)組 p 中 內(nèi) 存塊用 page 表示初始化為 0 當(dāng)前 p 中第 i 個(gè)元 素是否已在內(nèi)存 Page 是否有空 把 page 中最近最久未使 用的頁(yè)面置換出去 i 把 p i 的內(nèi)容直接 裝入最上面一個(gè) 空內(nèi)存塊 i 輸出當(dāng)前內(nèi)存塊狀態(tài) 結(jié)束 i 頁(yè)面置換算法模擬程序 cout endl cout LRU 算法頁(yè)面置換情況如下 endl cout endl cout endl while i 0 如果已在內(nèi)存塊中 page t time 0 把與它相同的內(nèi)存塊的時(shí)間 置 0 for a 0 a M a if a t page a time 其它的時(shí)間加 1 cout p i num cout 不缺頁(yè) endl else 如果不在內(nèi)存塊中 n 缺頁(yè)次數(shù)加 1 t Max page 返回最近最久未使用的塊號(hào) 賦值給 t page t num p i num 進(jìn)行替換 page t time 0 替換后時(shí)間置為 0 cout p i num print page for a 0 a M a if a t page a time 其它的時(shí)間加 1 i cout 缺頁(yè)次數(shù) n 缺頁(yè)率 n m endl 頁(yè)面置換算法模擬程序 4 3 34 3 3 OPTOPT 最佳置換算法 最佳置換算法 設(shè)計(jì)原理 需要進(jìn)行頁(yè)面置換 把內(nèi)存中以后一段時(shí)間都不使用或 是使用時(shí)間離現(xiàn)在最遠(yuǎn)的頁(yè)面換出 流程圖 Y N Y N 開始 頁(yè)面走向存入數(shù)組 p 中 內(nèi) 存塊用 page 表示初始化為 0 當(dāng)前 p 中第 i 個(gè)元 素是否已在內(nèi)存 Page 是否有空 把 page 中以后一段時(shí)間都不使用 或是使用時(shí)間離現(xiàn)在最遠(yuǎn)的換出 i 把 p i 的內(nèi)容直接 裝入最上面一個(gè) 空內(nèi)存塊 i 輸出當(dāng)前內(nèi)存塊狀態(tài) 結(jié)束 i 頁(yè)面置換算法模擬程序 圖 4 3 OPT 流程圖 代碼 if c 3 OPT 頁(yè)面置換 n 0 cout endl cout endl cout OPT 算法置換情況如下 endl cout endl cout endl while i 0 如果已在內(nèi)存塊中 cout p i num cout 不缺頁(yè) endl i else 如果不在內(nèi)存塊中 int a 0 for t 0 t M t if page t num 0 a 記錄空的內(nèi)存塊數(shù) if a 0 有空內(nèi)存塊 int q M for t 0 tt q t 把空內(nèi)存塊中 塊號(hào)最小的找出來(lái) page q num p i num 頁(yè)面置換算法模擬程序 n cout p i num print page i else int temp 0 s for t 0 t M t 尋找內(nèi)存塊中下次使用 離現(xiàn)在最久的頁(yè)面 if temp Count page i t p temp Count page i t p s t 把找到的塊號(hào)賦給 s page s num p i num n cout p i num print page i cout 缺頁(yè)次數(shù) n 缺頁(yè)率 n m endl 4 44 4 實(shí)現(xiàn)結(jié)果實(shí)現(xiàn)結(jié)果 程序在運(yùn)行的情況下 進(jìn)入主界面輸入菜單 如圖 3 3 所示 輸入 14 圖 4 5 輸入 14 后的輸出圖 輸入 25 頁(yè)面置換算法模擬程序 圖 5 6 輸入數(shù)據(jù) 25 后輸出圖 輸入數(shù)據(jù) 18 圖 5 7 輸入數(shù)據(jù) 18 后的輸出圖 輸入數(shù)據(jù) 圖 5 8 輸出圖 選 1 進(jìn)入 FIFO 頁(yè)面置換 頁(yè)面置換算法模擬程序 圖 5 9 FIFO 的輸出圖 選 2 進(jìn)入 LRU 頁(yè)面置換 頁(yè)面置換算法模擬程序 圖 5 10 LRU 的輸出圖 輸入 3 進(jìn)入 OPT 頁(yè)面置換 頁(yè)面置換算法模擬程序 圖 5 11 OPT 的輸出圖 5 5 程序測(cè)試 程序測(cè)試 5 15 1 設(shè)計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù) A 14 25 18 2 6 4 B 1 C 2 D 3 頁(yè)面置換算法模擬程序 5 25 2 測(cè)試結(jié)果及分析測(cè)試結(jié)果及分析 1 測(cè)試 A 結(jié)果及分析 進(jìn)入主菜單后輸入 14 25 顯示輸入不滿足要求 輸入 18 顯示相關(guān)信息 輸入 2 6 不滿足要求 輸入 4 顯示出相關(guān)信息 2 測(cè)試結(jié)果及分析 顯示出 FIFO 頁(yè)面置換算法的缺頁(yè)信息及缺頁(yè)率 3 測(cè)試 C 結(jié)果及分析 顯示出 LRU 頁(yè)面置換算法的缺頁(yè)信息及缺頁(yè)率 4 測(cè)試 D 結(jié)果及分析 顯示出 OPT 頁(yè)面置換算法的缺頁(yè)信息及缺頁(yè)率 頁(yè)面置換算法模擬程序 結(jié) 論 通過這次課程設(shè)計(jì) 不僅讓我了解了頁(yè)面置換算法 開始我一味的進(jìn)行 調(diào)試 急切的想僥幸調(diào)試出來(lái) 但由于沒有進(jìn)行深入的考慮 我調(diào)試了很久都 沒沒有成功 我仔細(xì)的分析題目 分析材料 在原由的基礎(chǔ)上我進(jìn)行了改正 我最后還是調(diào)試成功了 還是經(jīng)過了一翻努力 這次操作系統(tǒng)實(shí)習(xí) 不僅讓我 對(duì)操作系統(tǒng)這門課程有了更深入的研究 對(duì)很多重要的概念有了鞏固和掌握 通過努力 三個(gè)頁(yè)面置換算法程序都已經(jīng)完成 此時(shí)此刻 我心里多了些成就 感 雖然自己所做的很少也不夠完善 但畢竟也是努力的結(jié)果 主要有以下幾點(diǎn)收 獲 1 通過對(duì)上網(wǎng)和看書查閱相關(guān)資料 使自己對(duì) VC 語(yǔ)言的基本框架有新 的了解 加深了對(duì)可視化程序的認(rèn)識(shí) 2 在使用 VC 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)功能時(shí) 不像以往用的其他語(yǔ)言 它比較簡(jiǎn)練 更容易理解 實(shí)用性很強(qiáng) 3 先進(jìn)先出頁(yè)面置換和 LRU 以及 OPT 算法各有特點(diǎn) 但是實(shí)踐起來(lái)卻很大 使自己對(duì)頁(yè)面置換算法有了新的認(rèn)識(shí) 一周半的課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了 不但對(duì)專業(yè)知識(shí)有了更深的理解 更使的自己 認(rèn)識(shí)到實(shí)踐的重要性 理論 實(shí)踐相結(jié)合才能達(dá)到很好的學(xué)習(xí)效果 特別是程 序語(yǔ)言的學(xué)習(xí) 頁(yè)面置換算法模擬程序 致 謝 本次課程設(shè)計(jì)能順利完成 感謝學(xué)校的大力支持 感謝數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院為 我們提供實(shí)練的機(jī)會(huì) 感謝老師的細(xì)心教導(dǎo) 此次的課程設(shè)計(jì)收獲很多 雖然經(jīng)過了一段漫長(zhǎng)而又痛苦的過程 但是自 己還是完成了 這是與自己的努力是分不開的 但是自己在調(diào)試過程當(dāng)中遇到 的一些問題 自己仍然不懂 是在同學(xué) 老師的幫助下完成的 在這里還要再 次對(duì)他們的付出表示崇高的敬意 頁(yè)面置換算法模擬程序 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)與 VisualC 6 0 教程 陳天華編著 C 程序設(shè)計(jì) 第三版 譚浩強(qiáng)編著 C 入門經(jīng)典 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)與 C 實(shí)現(xiàn) 劉晉萍編著 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程 徐甲同等編著 操作系統(tǒng) 羅宇等編著 操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程 張麗芬 劉利雄 王全玉編著 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 梁紅兵 哲風(fēng)屏 湯子瀛 編著 操作系統(tǒng)教程 陳向群 楊芙清 編著 代碼 include include include include define L 20 頁(yè)面走向長(zhǎng)度最大為 20 int M 內(nèi)存塊 struct Pro 定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體 int num time Input int m Pro p L 打印頁(yè)面走向狀態(tài) cout 請(qǐng)輸入實(shí)際頁(yè)面走向長(zhǎng)度 L 15 L m if m 20 m 15 cout 實(shí)際頁(yè)面長(zhǎng)度須在 15 20 之間 請(qǐng)重新輸入 L else break while 1 int i j j time NULL 取時(shí)鐘時(shí)間 srand j 以時(shí)鐘時(shí)間 x 為種子 初始化隨機(jī)數(shù)發(fā)生器 cout 輸出隨機(jī)數(shù) for i 0 i m i p i num rand 10 1 產(chǎn)生 1 到 10 之間的隨即數(shù)放到數(shù)組 p 中 p i time 0 cout p i num cout endl return m void print Pro page1 打印當(dāng)前的頁(yè)面 Pro page new Pro M page page1 for int i 0 i M i cout page i num cout endl int Search int e Pro page1 尋找內(nèi)存塊中與 e 相同的塊號(hào) Pro page new Pro M page page1 for int i 0 i M i if e page i num return i 返回 i 值 return 1 int Max Pro page1 尋找最近最長(zhǎng)未使用的頁(yè)面 Pro page new Pro M page page1 int e page 0 time i 0 while i M 找出離現(xiàn)在時(shí)間最長(zhǎng)的頁(yè)面 頁(yè)面置換算法模擬程序 if e page i time e page i time i for i 0 i M i if e page i time return i 找到離現(xiàn)在時(shí)間最長(zhǎng)的頁(yè)面返回其塊號(hào) return 1 int Count Pro page1 int i int t Pro p L 記錄當(dāng)前內(nèi)存塊中頁(yè)面離下次使用間隔長(zhǎng)度 Pro page new Pro M page page1 int count 0 for int j i j L j if page t num p j num break 當(dāng)前頁(yè)面再次被訪問時(shí)循環(huán)結(jié)束 else count 否則 count 1 return count 返回 count 的值 int main int c int m 0 t 0 float n 0 Pro p L m Input m p 調(diào)用 input 函數(shù) 返回 m 值 cout M if M 5 M 3 cout 內(nèi)存塊 m 須在 3 5 之間 請(qǐng)重新輸入 m else break while 1 Pro page new Pro M do 頁(yè)面置換算法模擬程序 for int i 0 i M i 初試化頁(yè)面基本情況 page i num 0 page i time m 1 i i 0 cout 1 FIFO 頁(yè)面置換 endl cout 2 LRU 頁(yè)面置換 endl cout 3 OPT 頁(yè)面置換 endl cout 按其它鍵結(jié)束程序 c system cls if c 1 FIFO 頁(yè)面置換 n 0 cout endl cout endl cout FIFO 算法頁(yè)面置換情況如下 endl cout endl cout endl while i 0 當(dāng)前頁(yè)面在內(nèi)存中 cout p i num 輸出當(dāng)前頁(yè) p i num cout 不缺頁(yè) endl i i 加 1 else 當(dāng)前頁(yè)不在內(nèi)存中 if t M t 0 else n 缺頁(yè)次數(shù)加 1 page t num p i num 把當(dāng)前頁(yè)面放入內(nèi)存中 cout p i num print page 打印當(dāng)前頁(yè)面 t 下一個(gè)內(nèi)存塊 i 指向下一個(gè)頁(yè)面 頁(yè)面置換算法模擬程序 cout 缺頁(yè)次數(shù) n 缺頁(yè)率 n m endl if c 2 LRU 頁(yè)面置換 n 0 cout endl cout endl cout LRU 算法頁(yè)面置換情況如下 endl cou
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