页面置换算法模拟.docx

【页面置换算法模拟】 在计算机科学中，分页式存储管理是一种有效的内存管理技术，用于解决内存碎片问题。它的核心思想是将进程的地址空间分割成固定大小的页，然后在物理内存中分配相应的页框，形成页到页框的映射关系。这样，即使进程的各部分不连续，也能在内存中找到空间来容纳它们。 **分页式存储管理原理** 1. **连续分配方式**：早期操作系统采用连续分配方式，可能导致内存碎片，需要通过“紧凑”操作来整合空间，但这带来了额外的开销。 2. **离散分配方式**：为了解决碎片问题，引入了离散分配方式，其中页是基本分配单位。分页存储管理就是这种离散分配方式的一个实例。 3. **基本分页存储管理**：在没有页面对换功能的情况下，每个作业必须完全装入内存才能运行，这称为基本分页存储管理。 4. **请求式分页系统**：为了支持虚拟存储器，即让进程的一部分在内存中运行，其余部分在磁盘上，系统增加了请求调页和页面置换功能。 **先进先出（FIFO）页面调度算法** FIFO页面调度算法是最简单的页面替换策略，它遵循“先进先出”的原则，即优先淘汰最早进入内存的页面。这种算法实现起来很简单，但往往会导致Belady异常，即当增加可用内存时，缺页次数反而增加。这是因为它忽略了页面的使用频率，导致经常被访问的页面可能被过早替换。 **程序流程与实现** 1. **内存初始化**：在实验中，通过`init_ex1()`函数初始化内存状态，设置页表信息，包括页标志、块号、磁盘位置和脏标志。 2. **地址转换与缺页中断处理**：`work_ex1()`函数模拟了硬件地址转换的过程。如果输入的页号对应的页在内存中（标志位为1），则计算出绝对地址；否则，产生缺页中断。 3. **FIFO页面调度**：在`init_ex2()`函数中，设置FIFO队列并初始化内存内容。每次缺页中断时，会按照FIFO规则替换最旧的页面。 **程序改进点** 在给出的代码中，可以进一步完善程序，例如： - 添加越界检查，确保页号和页内地址都在合法范围内。 - 实现页面替换逻辑，当发生缺页中断时，按照FIFO算法选择要替换的页面。 - 更新页表，记录替换后的新页面信息。 - 处理页面的脏标志，当页面被修改时，应将其标记为脏，以便在替换时写回磁盘。 通过这样的模拟实验，学生可以深入理解分页式存储管理的工作原理，以及页面调度算法如何影响系统的性能。这有助于他们在设计和优化操作系统内存管理策略时做出更明智的决策。