(完整word版)页面置换算法实验报告.pdf

页面置换算法是虚拟存储管理的重要组成部分，用于解决内存不足时如何选择页面进行替换的问题。本实验报告详细介绍了四种常见的页面置换算法：最佳置换算法（OPT）、先进先出页面置换算法（FIFO）、最近最久未使用页面算法（LRU）以及最少使用置换算法（LFU）。 1. 最佳置换算法（OPT）： OPT算法的目标是选择未来最长时间内不会被访问的页面进行替换。为了实现这一目标，每个页面有一个步长变量，初始值设为一个大数。如果页面不在内存中，步长重置为0；若在内存中，步长更新为当前访问页面与下次访问该页面的时间差。选择步长最大的页面进行替换，因为这代表了最长时间的非访问状态。 2. 先进先出页面置换算法（FIFO）： FIFO算法简单地按照页面进入内存的顺序进行淘汰，总是选择最早进入内存的页面进行替换。通过维护一个忙页帧队列，新页面加入队尾，淘汰时则从队首取出页面。 3. 最近最久未使用页面算法（LRU）： LRU算法假设最近被访问的页面最可能在未来再次被访问。每个页面有一个访问时间戳，每次访问后更新。淘汰时选择时间戳最小的页面，即最近最久未使用的页面。 4. 最少使用置换算法（LFU）： LFU算法根据页面的访问频率进行决策，为每个页面配备一个计数器，每次访问时增加计数器。需要淘汰页面时，选择计数器值最小的页面，即访问次数最少的页面。 实验设计包括生成一个包含320条指令的随机指令序列，转换成页地址流，然后在不同内存容量下计算四种算法的命中率。主要代码涉及页面结构（包含页号、页帧号、访问计数器和访问时间）和页帧控制结构（包含页帧号、指针以及空闲和忙页帧链表）的定义，以及初始化函数和四种算法的具体实现。 在实验步骤中，初始化函数负责设置页面和页帧的初始状态，而四种算法的计算函数分别实现了各自的页面替换逻辑。例如，FIFO函数首先调用初始化函数，然后构建一个空闲页帧队列，并在无空闲页帧时从队首淘汰页面。 通过本实验，学生能够深入理解页面置换算法的工作原理，比较不同算法在实际操作中的性能差异，为理解和优化虚拟存储系统提供实践经验。