第4章-实验4-模拟先进先出(FIFO)页面置换算法1

**实验4 - 模拟先进先出(FIFO)页面置换算法** 在计算机系统中，页面置换算法是虚拟存储管理的重要组成部分，用于处理由于物理内存不足而需要替换内存中某些页面的情况。FIFO（First In First Out）页面置换算法是最简单的策略之一，其核心原则是按照页面进入内存的顺序进行淘汰，即最早进入内存的页面最先被替换。 **FIFO算法的置换策略：** 在FIFO算法中，当需要为新的页面分配内存时，如果内存已满，系统会选择最早进入内存的页面（即在数组中位置最靠前的页面）进行淘汰。这种方法假设最近最少使用的页面可能在未来也较少被使用，但实际情况并非总是如此，因此FIFO算法容易导致Belady's Anomaly，即增加分配的页面数反而可能导致更高的缺页率。 **算法实现：** 为了模拟FIFO页面置换算法，我们可以使用一个数组`a[M]`来表示当前在内存中的页面，其中`M`是系统分配给作业的主存页面数。另一个数组`b[N]`存放作业的页号序列，`N`是作业的总页面数。数组`c[N]`则用来记录被淘汰的页号。 - 初始化时，`a[0]`存放第一个进入内存的页面。 - 当需要替换页面时，我们执行以下步骤： 1. 将`a[0]`（即最先进入内存的页面）记录到`c[]`，表示它已被淘汰。 2. 将`a[1]`到`a[M-1]`的所有页面向前移动一位，将`a[M-1]`的位置空出来。 3. 将新页面插入到`a[M-1]`的位置。 **程序实现：** 在C++中，我们可以编写如下的程序代码片段： ```cpp #define M 3 #define N 20 #include <stdio.h> bool found(int x, int a[M]) { // 在这里实现检查页面x是否在内存中的逻辑 } void main() { int a[M]; int b[N]; int c[N]; int count = 0; // 缺页总次数 bool flag; // 页面在内存标识 // 这里填写读取输入和初始化数组的代码，例如 for (int i = 0; i < N; i++) { scanf("%d", &b[i]); flag = false; for (int j = 0; j < M; j++) { if (b[i] == a[j]) { flag = true; break; } } if (!flag) { count++; c[count] = a[0]; for (int k = 0; k < M - 1; k++) { a[k] = a[k + 1]; } a[M - 1] = b[i]; } } // 输出缺页次数和被淘汰的页面序列 printf("缺页次数：%d\n", count); printf("被淘汰的页号序列："); for (int i = 1; i <= count; i++) { printf("%d ", c[i]); } } ``` 在上述代码中，`found()`函数用于检查页面`x`是否已经在内存中。`main()`函数首先读取作业页号序列`b[]`，然后根据FIFO策略进行页面替换，记录缺页次数`count`并填充被淘汰的页号序列`c[]`。程序输出缺页次数和被淘汰的页号序列。 为了完整地实现此程序，你需要填充`found()`函数的逻辑以及在`main()`函数中读取输入和初始化数组的部分。你可以使用`scanf()`或其他输入方法读取用户输入的作业页号序列，然后按照FIFO算法的步骤进行操作。 通过这个实验，学生可以更好地理解FIFO页面置换算法的工作原理及其潜在的问题，并为后续学习其他更复杂的页面置换算法打下基础。