页面置换算法 报告 可执行代码

页面置换算法是操作系统中虚拟存储管理的关键组成部分，用于处理内存不足的情况。在请求页式管理中，当进程需要访问的页面不在内存时，系统会触发一个缺页中断，并选择一个页面进行淘汰，以便将所需页面加载进来。本实验报告主要探讨了三种常见的页面置换算法：先进先出（FIFO）、最近最久未使用（LRU）和最佳置换（OPT），并通过可执行代码进行了模拟实现。 1. 先进先出（FIFO）算法： FIFO算法是最简单的页面替换策略，其原则是淘汰最早进入内存的页面。这种算法假设最早进入内存的页面也是最早不再需要的，但实际情况并非总是如此，因此FIFO可能会导致Belady's Anomaly，即增加分配给进程的物理页数反而增加缺页次数。 2. 最近最久未使用（LRU）算法： LRU算法基于这样的假设：最近被访问的页面在未来更有可能再次被访问。当需要替换页面时，LRU会选择距当前时间最久没有被访问的页面淘汰。尽管LRU算法比FIFO更优，但在某些情况下，它仍然无法达到最优效果。 3. 最佳置换（OPT）算法： OPT算法理论上是最优的页面替换策略，因为它可以预知未来，选择在将来最长时间内不会被访问的页面进行替换。然而，实际操作中无法预知未来的页面访问序列，因此这种算法通常作为理论上的基准。 实验中，学生使用了C++编程语言，通过随机数生成页面走向，然后对三种算法进行模拟。实验过程包括输入页面走向长度和可用内存块数，接着对每个算法进行迭代，统计缺页率。实验结果通过输出当前内存块状态进行展示。 为了实现这些算法，程序首先定义了一个结构体`Pro`来存储页面编号和对应的访问时间。然后，`Input`函数负责获取用户输入的页面长度和初始化页面走向。接着，模拟过程开始，根据每种算法的规则进行页面替换，统计缺页次数，并在每次替换后更新内存状态。`print`函数用于显示当前内存中的页面情况。 通过这个实验，学生可以深入理解虚拟存储的工作原理，熟悉页面置换算法的运作方式，并通过实际操作比较不同算法的性能差异。这对于学习和掌握操作系统中的内存管理至关重要。