操作系统实验三通过编程模拟实验FIFO算法、LRU算法、OPT算法，比较各算法的性能。

操作系统中的页面置换算法是为了解决内存不足的问题，其中FIFO算法、LRU算法和OPT算法是三种常见的页面置换算法。通过编程模拟实验这三种算法，可以比较它们的性能。

下面是三种算法的简要介绍和比较：

1. FIFO算法：先进先出算法，即最先进入内存的页面最先被置换出去。这种算法简单易实现，但是可能会出现Belady异常，即增加页面数时反而会导致缺页率升高。

2. LRU算法：最近最少使用算法，即最长时间未被使用的页面最先被置换出去。这种算法相对于FIFO算法来说，可以更好地利用页面的局部性原理，但是实现起来比较复杂。

3. OPT算法：最优页面置换算法，即在未来最长时间内不再被访问的页面最先被置换出去。这种算法理论上可以达到最佳的缺页率，但是实现起来比较困难。

通过编程模拟实验这三种算法，可以比较它们的性能。具体实现可以使用rand()函数随机产生页面号，用数组装入页面号，模拟页面调入内存中发生页面置换的过程。整个过程，都是使用数组来实现每个算法，模拟队列，模拟堆栈的功能，实现每一个置换算法。

下面是三种算法的Python实现：

1. FIFO算法

def FIFO(pages, capacity):
    page_faults = 0
    frame = []
    for page in pages:
        if page not in frame:
            if len(frame) < capacity:
                frame.append(page)
            else:
                frame.pop(0)
                frame.append(page)
            page_faults += 1
    return page_faults

2. LRU算法

def LRU(pages, capacity):
    page_faults = 0
    frame = []
    for page in pages:
        if page not in frame:
            if len(frame) < capacity:
                frame.append(page)
            else:
                min_idx = len(pages)
                for i in range(len(frame)):
                    if frame[i] in pages[pages.index(page):]:
                        if pages.index(frame[i]) < min_idx:
                            min_idx = pages.index(frame[i])
                            idx = i
                frame[idx] = page
            page_faults += 1
        else:
            frame.remove(page)
            frame.append(page)
    return page_faults

3. OPT算法

def OPT(pages, capacity):
    page_faults = 0
    frame = []
    for page in pages:
        if page not in frame:
            if len(frame) < capacity:
                frame.append(page)
            else:
                max_idx = -1
                for i in range(len(frame)):
                    if frame[i] in pages[pages.index(page):]:
                        if pages.index(frame[i]) > max_idx:
                            max_idx = pages.index(frame[i])
                            idx = i
                        else:
                            idx = i
                    else:
                        idx = i
                        break
                frame[idx] = page
            page_faults += 1
        else:
            frame.remove(page)
            frame.append(page)
    return page_faults

通过比较三种算法的缺页率，可以得出它们的性能。具体实现可以参考以下代码：

import random

pages = [random.randint(1, 10) for i in range(20)]
capacity = 3

print("FIFO缺页率：", FIFO(pages, capacity) / len(pages))
print("LRU缺页率：", LRU(pages, capacity) / len(pages))
print("OPT缺页率：", OPT(pages, capacity) / len(pages))