用python算法写下面题目 存储管理-FIFO页面替换算法计算中断次数 题目描述： ​ 在请求分页式存储管理方式中，要求输入一个对5个页面的访问序列，输出当系统分配给进程物理页框数为m个时，按照FIFO页面替换算法的缺页中断次数（假设初始时页框均为空） 输入格式： 程序要求输入3行，以回车符号作为分隔 第1行是一个整数 n ，表示页面访问序列中访问页面的次数 第2行是 n 个整数，数之间以空格作为分隔，表示页面访问序列 第3行是一个整数 m ，表示系统分配给进程物理页框数 输出格式： ​ 输出一个整数，表示缺页中断次数。 测试数据： 样例输入1： 12 4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 5 3 样例输出1： 9

以下是Python实现FIFO页面替换算法计算中断次数的代码：

n = int(input()) # 读取页面访问序列中访问页面的次数
page_seq = list(map(int, input().split())) # 读取页面访问序列
m = int(input()) # 读取系统分配给进程物理页框数

fifo_queue = [] # 用于存储页框中的页面
interrupt_count = 0 # 初始化中断次数为0

for page in page_seq:
    if page not in fifo_queue: # 如果页面不在页框中
        if len(fifo_queue) < m: # 如果页框还有空余
            fifo_queue.append(page) # 将页面加入页框
        else: # 如果页框已满
            fifo_queue.pop(0) # 将页框中最老的页面弹出
            fifo_queue.append(page) # 将新页面加入页框
        interrupt_count += 1 # 记录中断次数
print(interrupt_count)

运行代码，输入样例数据：

12
4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 5 3
3

输出结果为：

9

这表示，当系统分配给进程物理页框数为3个时，按照FIFO页面替换算法的缺页中断次数为9次。

相关问题

使用python编程，要求如下：实现请求分页存储方式的地址变换过程，并在其中融入LRU、FIFO等页面置换算法。

在Python编程中，实现请求分页存储方式通常涉及以下几个步骤：

1. **数据结构**: 使用列表或字典作为内存空间的模拟，每个元素代表一个页面。可以结合`collections`模块的`OrderedDict`来实现LRU（最近最少使用）算法，它会自动移除最久未访问的项。

from collections import OrderedDict

class PageMemory:
    def __init__(self, capacity):
        self.memory = OrderedDict()
        self.capacity = capacity

# LRU实现
def lru_insert(self, key, value):
    if key in self.memory:
        del self.memory[key]
    self.memory[key] = value
    if len(self.memory) > self.capacity:
        self.memory.popitem(last=False)

def lru_remove(self, key):
    if key in self.memory:
        del self.memory[key]

2. **FIFO（先进先出）**算法通常通过队列来实现，Python的`queue`模块正好可以做到这一点。

import queue

class FIFOMemory:
    def __init__(self, capacity):
        self.memory = queue.Queue(maxsize=capacity)
        
    def fifo_insert(self, key, value):
        if not self.is_full():
            self.memory.put((key, value))
        else:
            # 如果已满，淘汰最老的数据
            oldest_key = self.memory.get()
            self.memory.put((key, value))

    def is_full(self):
        return self.memory.qsize() == self.capacity

3. **地址变换过程**: 当有新请求到来时，首先检查内存是否已有该内容。如果有，则返回；如果没有，应用相应的置换算法（如LRU或FIFO），将旧的内容替换出去，然后将新内容添加到对应的位置。

def get_page(self, page_number):
    if page_number in self.memory:
        return self.memory[page_number]
    elif self.is_lru_or_fifo_full():  # 检查哪种算法满了
        # 进行相应的置换并插入新页面
        # ...
        return self.insert_new_page(page_number, data)

请求分页式存储管理算法

### 分页式存储管理算法实现与原理

#### 1. 分页式存储管理基本概念
分页式存储管理系统将逻辑地址空间划分为固定大小的单位，称为页面(Page)，同样也将物理地址空间划分成相同大小的块(Frame)[^3]。这种机制允许作业存放在若干个不相邻的分区中，从而减少了因内存碎片化带来的资源浪费。

#### 2. 地址转换过程
在分页系统中，每个进程拥有自己的页表(Page Table)，用于记录各页面对应的物理帧位置。当CPU生成一条访问请求时，MMU（Memory Management Unit）会自动完成从逻辑地址到物理地址的映射操作。具体来说，逻辑地址由两部分组成：页号(Page Number, PN) 和页内偏移量(Offset)；而物理地址则对应于实际存在于RAM中的某个特定位置，即帧号(Frame Number, FN)+Offset[^4]。

// C语言伪代码展示如何计算物理地址
int get_physical_address(int logical_addr){
    int page_size = PAGE_SIZE; // 页面大小定义为常数
    int pn = logical_addr / page_size;
    int offset = logical_addr % page_size;

    struct PageTableEntry pte = page_table[pn];
    
    if (pte.valid_bit == 0){ 
        handle_page_fault(pn); // 处理缺页异常
    }
    
    return pte.frame_number * page_size + offset;
}

#### 3. 缺页中断及其处理流程
如果所需的数据不在当前的工作集里，则会产生一次缺页中断(Page Fault Interrupt)。此时操作系统需要暂停正在运行的任务，并启动专门的服务例程来加载缺失的部分至可用的空间内。之后更新相应的页表项并恢复被中断前的状态继续执行原指令[^1]。

#### 4. 页面替换策略
为了有效利用有限数量的物理帧，当发生缺页错误且无空闲帧可供分配时，就需要依据一定的规则决定淘汰哪一个旧页面以便腾出地方给新到来者。常见的几种页面置换算法包括：

- **FIFO**（先进先出）
按照进入时间顺序依次替换最早载入的那个页面。

- **LRU**（最近最少使用）
优先考虑那些长时间未被使用的页面作为候选对象进行驱逐。

- **CLOCK**
基于局部性原理的一种优化版本，它会在环形缓冲区上标记已扫描过的页面直到找到合适的牺牲品为止。

class ClockPageReplacement:
    def __init__(self):
        self.pages = {}
        self.hand = 0
    
    def access(self, frame_id):
        """模拟对某一页框ID的引用"""
        if frame_id not in self.pages:
            evicted_frame = None
            
            while True:
                current_frame = list(self.pages.keys())[self.hand]
                
                if self.pages[current_frame]['referenced']:
                    self.pages[current_frame]['referenced'] = False
                
                else:
                    del self.pages[current_frame]
                    evicted_frame = current_frame
                    break
                    
                self.hand = (self.hand + 1) % len(self.pages)

            self.pages[frame_id] = {'referenced':True,'modified':False}

        elif 'referenced' in self.pages[frame_id]:
            self.pages[frame_id]['referenced'] = True
        
        return evicted_frame