using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace K
{
    class Program
    {
        // исходные данные
        const int memorySize = 5;
        const int pagesAmount = 16;

        static void Main(string[] args)
        {
            while (true)
            {
                Greeting();
                if (!shouldStart())
                    return;

                var memory = new Memory(memorySize);
                int pageFaultsAmount = 0;

                for (int i = 0; i < pagesAmount; ++i)
                {
                    Console.WriteLine($"Текущее состояние памяти:\n{memory.ToString()}");
                    if (memory.RequestPage(GetPageNumber()))
                        ++pageFaultsAmount;
                    Console.Clear();
                }

                Console.WriteLine($"Итоговое состояние памяти:\n{memory.ToString()}");
                Console.WriteLine($"Количество страничных прерываний: {pageFaultsAmount}");

                if (!shouldRepeat())
                    return;
            }
        }

        static void Greeting() =>
            Console.WriteLine("Эта программа создана Алиханом Темиркановым, студентом 474 группы, в рамках к/п по дисциплине ОС.\n" +
                "Она реализует модель алгоритма замены страниц - заменяется дольше всех неиспользовавшаяся страница.\n" +
                $"Исходные данные: объем области замещения памяти - {memorySize} страниц, количество страниц - {pagesAmount}");

        static bool shouldStart()
        {
            Console.WriteLine("\n[S]tart\t[Q]uit");
            while (true)
            {
                var cki = Console.ReadKey(true);
                switch (cki.Key)
                {
                    case ConsoleKey.Q:
                        return false;
                    case ConsoleKey.S:
                        Console.Clear();
                        return true;
                }
            }
        }

        static bool shouldRepeat()
        {
            Console.WriteLine("\n[R]estart\t[Q]uit");
            while (true)
            {
                var cki = Console.ReadKey(true);
                switch (cki.Key)
                {
                    case ConsoleKey.Q:
                        return false;
                    case ConsoleKey.R:
                        Console.Clear();
                        return true;
                }
            }
        }

        static int GetPageNumber()
        {
            while (true)
            {
                Console.Write("Введите номер запрашиваемой страницы: ");
                if (int.TryParse(Console.ReadLine(), out int number))
                    return number;
                else
                    Console.WriteLine("Некорректный ввод. Введите целое число.");
            }
        }
    }

    public class Memory
    {
        public Memory(int size)
        {
            PageAgePairs = new Dictionary<Page, int>();
            for (int i = 0; i < size; ++i)
                PageAgePairs.Add(new Page(i), 0);
        }

        public bool RequestPage(int number)
        {
            bool isFault = false;
            Page page = PageAgePairs.SingleOrDefault(pair => pair.Key.Number == number).Key;

            if (page is null)
            {
                isFault = true;
                PageAgePairs.Remove(PageAgePairs.OrderByDescending(pair => pair.Value).First().Key);
                page = new Page(number);
                PageAgePairs.Add(page, 0);
            }

            foreach (var key in PageAgePairs.Keys.ToList())
                if (key != page)
                    ++PageAgePairs[key];
                else
                    PageAgePairs[key] = 0;

            return isFault;
        }

        public override string ToString()
        {
            var sb = new StringBuilder();
            sb.AppendLine("Страница\tВозраст");
            foreach (var pair in PageAgePairs)
            {
                sb.Append(pair.Key.Number);
                sb.Append("\t\t");
                sb.Append(pair.Value);
                sb.Append('\n');
            }
            return sb.ToString();
        }

        public Dictionary<Page, int> PageAgePairs { get; }
    }

    public class Page
    {
        public Page(int number) => Number = number;
        public int Number { get; }
    }
}