设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用下述常用页面置换算法计算访问命中率。 （1）先进先出算法（FIFO） （2）最近最少使用算法（LRU） （3）最优置换算法（OPT） 实验要求： （1）通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。 （2）将指令序列转换成页面序列。 ①页面大小为1KB； ②用户内存容量为4~32页； ③用户虚存容量为32KB。 ④在用户虚存中，按每页存放10条指令排列虚存地址，即320条指令存在32个页面中。 （3）计算并输出不同置换算法在不同内存容量下的命中率。 命中率计算公式为： 命中率 = 1 – 页面访问失败次数 / 页面总数

由于这是一个实验任务，我们只提供伪代码来说明实现的思路。

1. 初始化虚拟存储区和内存工作区

const int PAGE_SIZE = 1024; // 页面大小，1KB
const int MEM_SIZE_MIN = 4; // 内存工作区最小大小，4页
const int MEM_SIZE_MAX = 32; // 内存工作区最大大小，32页
const int VIRT_MEM_SIZE = 32 * PAGE_SIZE; // 虚拟存储区大小，32KB
const int INSTRUCTION_COUNT = 320; // 指令总数

int virt_mem[VIRT_MEM_SIZE]; // 虚拟存储区
int mem[MEM_SIZE_MAX][PAGE_SIZE]; // 内存工作区，多个页面
int mem_size; // 内存工作区大小，即页面数

// 初始化虚拟存储区和内存工作区
void init() {
    // TODO: 初始化虚拟存储区和内存工作区
}

2. 产生随机指令序列并转换成页面序列

int instructions[INSTRUCTION_COUNT]; // 指令序列
int pages[INSTRUCTION_COUNT]; // 页面序列

// 产生随机指令序列并转换成页面序列
void generate_instructions() {
    // TODO: 产生随机指令序列
    // TODO: 将指令序列转换成页面序列
}

3. 实现页面置换算法

在这里我们实现三种页面置换算法：先进先出算法（FIFO）、最近最少使用算法（LRU）和最优置换算法（OPT）。

// 页面结构体
struct Page {
    int id; // 页面 ID
    int time; // 访问时间
};

int page_fault_count; // 页面访问失败次数

// 先进先出算法（FIFO）
void fifo() {
    // TODO: 实现先进先出算法
}

// 最近最少使用算法（LRU）
void lru() {
    // TODO: 实现最近最少使用算法
}

// 最优置换算法（OPT）
void opt() {
    // TODO: 实现最优置换算法
}

4. 计算命中率并输出

// 计算命中率
double hit_rate() {
    // TODO: 计算命中率
}

// 输出命中率
void print_hit_rate() {
    // TODO: 输出命中率
}

// 主函数
int main() {
    init();
    generate_instructions();
    page_fault_count = 0;
    fifo();
    print_hit_rate();
    page_fault_count = 0;
    lru();
    print_hit_rate();
    page_fault_count = 0;
    opt();
    print_hit_rate();
    return 0;
}