页面置换算法是操作系统中虚拟内存管理的关键组成部分,用于解决当物理内存不足时,如何选择页面进行替换的问题。在本实验中,我们关注两种常见的页面置换算法:FIFO(先进先出)算法和LRU(最近最少使用)算法。
**FIFO算法**:
FIFO算法遵循“先进先出”的原则,即当需要替换页面时,总是选择最早进入内存的页面进行替换。在实验程序中,当查找到的页不在内存中(页表遍历完仍未找到),会设置缺页标志为'*',然后将最老的页面(mem[0])替换掉,将新访问的页面放入内存的最前端。这种算法简单,但容易导致Belady's Anomaly,即增加分配的页面数反而导致缺页次数增多。
**LRU算法**:
LRU算法则基于“最近最少使用”的思想,认为最近未使用的页面最有可能在未来也较少使用。在实验程序中,当查找的页不在内存时,同样设置缺页标志,但LRU会将所有页面向右移动一位,把新访问的页面放入内存的最前端,这样最近被访问过的页面会更靠近内存的后部,确保最近使用的页面不会轻易被替换。
实验流程包括输入页面访问序列,检查每个页面是否在内存中,如果不在则标记缺页,并根据选择的算法执行页面替换。实验结果对比了FIFO(四内存块)和LRU(五内存块)的缺页情况,显示了每种算法下的页面替换序列和缺页状态。
通过这次实验,可以深入理解缺页中断的概念,这是当虚拟地址空间中的页面不在物理内存中时,由硬件触发的一种中断事件。处理缺页中断的调度算法,如FIFO和LRU,对系统性能有着直接影响。亲自编程实现这些算法,有助于深化理论知识,提高实践能力。在实际操作中,可以看到不同的算法如何影响页面替换的效率和缺页率,这对于理解和优化操作系统内存管理至关重要。