FIFO算法实验报告.pdf

【实验报告：FIFO与LRU页面置换算法】 在计算机操作系统中，内存管理是至关重要的一个环节，尤其是在处理多任务并行时。当物理内存不足以容纳所有进程的全部页面时，就需要采用页面置换算法来决定哪些页面应当被换出到磁盘上。本实验报告将详细介绍FIFO（先进先出）和LRU（最近最久未使用）两种常见的页面置换算法，并通过C语言编程进行模拟，以便深入理解这两种算法的工作原理。 **一、FIFO算法** FIFO算法是最简单的页面置换策略，它的核心思想是：当需要替换一个页面时，选择最早进入内存的页面进行淘汰。这个算法的实现基于一个假设，即最旧的页面被再次访问的可能性最小。FIFO算法的流程如下： 1. 初始化内存，分配给每个进程一个进程控制块PCB，记录页面信息。 2. 读取访问页面序列，检查内存是否有空闲块。 3. 若无空闲块，选择最早进入内存的页面进行置换。 4. 存入新的页面并更新内存状态。 5. 输出被置换出的页面序号，直到访问序列读完。 **二、LRU算法** LRU算法则是基于访问历史的一种优化策略，它认为最近被访问过的页面在未来最有可能再次被访问。因此，当需要替换页面时，LRU选择最近最久未使用的页面。其步骤如下： 1. 初始化内存，所有页面时间戳设为0。 2. 对于每个新访问的页面，如果在内存中找到，更新其时间戳为0；若不在，需进行置换。 3. 找到时间戳最大的页面进行淘汰（因为它是最近最久未使用的）。 4. 将新页面放入内存，更新时间戳并输出被置换的页面。 5. 继续此过程，直到访问序列读完。 **三、实验环境与内容** 实验环境包括PC机以及Windows或Linux操作系统，同时需要C/C++/Java等编程环境。实验内容主要包括使用C语言实现FIFO和LRU算法的模拟程序，定义进程控制块PCB结构，包含页面编号和时间戳字段。 **四、代码实现** 在提供的代码中，`FIFO()`函数实现了FIFO算法，通过遍历内存中的页面，查找最早进入的页面进行替换。`LRU()`函数则通过维护一个时间戳数组，找到最近最久未使用的页面进行淘汰。主程序`main()`中调用`Xunhuan()`函数，用户可以选择执行FIFO或LRU算法，并通过输入页面访问序列进行模拟。 **五、实验分析** FIFO算法的性能通常不如LRU算法，因为它容易导致Belady's异常，即增加物理块数量反而导致更多的页面置换。而LRU算法更接近实际操作系统的页面置换行为，但由于需要维护时间戳，其开销相对较大。 通过本次实验，可以加深对进程调度、页面置换和内存管理的理解，为后续学习操作系统原理和其他高级内存管理算法打下坚实基础。同时，实践编程也锻炼了编程能力和问题解决能力。