页面置换算法

【页面置换算法】是操作系统内存管理的重要组成部分，用于处理虚拟内存中的页面替换问题。当物理内存不足以容纳所有活动进程的页面时，操作系统需要选择某些页面从内存移出，以便为新的页面腾出空间。页面置换算法的目标是尽可能减少因页面替换产生的缺页率，从而优化系统的性能。 本实验要求使用C/C++编写一个模拟程序，实现三种常见的页面置换算法： 1. **最佳(Optimal)置换算法**：理想的页面替换策略，选择未来最长时间内不会被访问的页面进行替换。然而，由于无法预知未来访问情况，实际操作中很难实现。 2. **先进先出(FIFO)页面置换算法**：是最简单的页面替换算法，按照页面进入内存的顺序依次淘汰。FIFO简单易行，但容易引发Belady异常，即增加物理内存时缺页次数反而增多。 3. **最近最少使用(LRU)置换算法**：选择最近最久未使用的页面进行替换，假设最近未使用的页面在未来被访问的可能性较小。LRU在实际系统中广泛应用，效果通常优于FIFO，但实现起来相对复杂。 实验中，用户需要输入物理内存的总块数和页面号请求序列，程序将模拟这三种算法对请求序列的处理。实验旨在加深对页面置换算法的理解，同时锻炼C/C++编程、UNIX环境下的程序开发技能，包括使用vi编辑器、gcc/gdb进行编译和调试。 在UNIX系统中，请求调页机制是虚拟存储管理的关键。当进程需要访问的页面不在内存时，会触发缺页中断，操作系统会根据页表找到对应页面在外存的位置，并决定调入哪个页面。如果内存已满，就需要依据页面置换算法选择一个页面换出。页表通常包含访问位、修改位、有效位等信息，帮助系统判断页面状态并做出决策。 实验设计目标包括理解和实现页面管理策略，掌握调页策略，以及学习和应用调度算法。通过这个实验，学生不仅能深入理解页面置换算法，还能熟练运用UNIX/Linux的基本命令和工具，提升解决问题的实际能力。