操作系统 七次实验报告 常用页面置换算法模拟实验【完整版】.docx

操作系统中的页面置换算法是虚拟存储管理的关键组成部分，用于解决当物理内存不足，需要将部分页面换出到磁盘上的问题。本次实验报告主要探讨了七次实验中的第四次实验，即“常用页面置换算法模拟实验”，目的是理解并比较几种基本的页面置换算法，包括第二次机会算法、最近最少使用算法（LRU）、最不常用算法（NFU）、最近未使用算法（NRU）、时钟算法以及老化算法。实验要求使用编程语言实现这些算法，并通过模拟不同的页面访问序列来评估各种算法的性能。 实验中，我们固定了页框（物理内存）的数量为4，虚拟页面数为8，输入的访问页面序列为一系列数字，如0, 1, 3, 2, 7, 1等。实验程序使用了C语言编写，利用了DevC++作为开发环境，Visio制作了算法流程图。实验报告应包含设计思路、数据定义、处理流程、源代码、运行结果和体验等部分。 1. 第二次机会算法（Second Chance）： 这种算法基于FIFO（先进先出）原则，但每次检查到一个页面时，如果它被标记为脏（已修改），则先将其写回磁盘，然后才考虑是否进行替换。如果页面未被访问过，就赋予其第二次机会，继续检查下一个页面。如果再次遇到该页面，则进行替换。 2. 最近最少使用算法（LRU）： LRU算法假设最近使用的页面在未来最不可能被替换。当需要选择一个页面进行替换时，它会选择最长时间没有被访问过的页面。在实现上，可以使用链表或哈希表来记录每个页面的最后访问时间，每次访问更新时间戳，替换时选择时间戳最早的页面。 3. 其他算法如NFU、NRU、时钟算法和老化算法： NFU算法基于页面使用频率，选择最不常使用的页面进行替换。NRU算法结合了最近使用和使用频率的概念，分为四个状态来表示页面的使用情况。时钟算法使用一个指针遍历物理内存，标记最近访问过的页面，未被标记的页面优先替换。老化算法则是对时钟算法的一种改进，通过增加老化因子使最近访问过的页面更不容易被替换。 实验通过比较不同算法在相同页面访问序列下的缺页中断次数来评估其效率。缺页率和访问命中率是衡量算法性能的重要指标。缺页率低、访问命中率高意味着算法的效率较高。 实验报告中，除了算法实现，还需要对运行结果进行分析，讨论哪种算法在给定的页面访问模式下表现最佳。通常，LRU被认为是理论最优，但实现复杂度较高；而其他算法如FIFO和时钟算法实现简单，但在某些工作负载下可能效率较低。 这次实验旨在通过模拟和比较各种页面置换算法，加深对虚拟存储管理和页面置换策略的理解，同时也锻炼了编程和问题解决的能力。