fifo页面置换算法

### FIFO 页面置换算法工作原理

FIFO（First In First Out）页面置换算法遵循先进先出的原则，在请求页式管理中，当发生缺页中断且主存没有空闲页面时，总是淘汰最先进入主存的页面，即选择在主存中驻留时间最长的页面予以替换[^1]。

这种策略简单易懂，但可能导致某些频繁使用的页面被错误地移除，从而影响性能。具体来说：

- 当新页面需要加载到内存而当前物理内存已满时，
- 系统会选择最早进入内存的那个页面将其替换出去，
- 这种方式不考虑页面未来的访问频率或历史访问模式，

因此，尽管实现起来非常直观和容易理解，但在实际应用中的表现可能不如其他更复杂的页面置换算法高效[^4]。

### FIFO 页面置换算法 Python 实现示例

下面是一个简单的Python程序用于模拟FIFO页面置换过程：

def fifo_page_replacement(pages, capacity):
    memory = []
    page_faults = 0
    
    for i in range(len(pages)):
        if pages[i] not in memory:
            if len(memory) < capacity:
                memory.append(pages[i])
            else:
                memory.pop(0)  # Remove the oldest page
                memory.append(pages[i])  
                
            page_faults += 1
            
        print(f"Time {i}: Memory={memory}")
        
    hit_rate = ((len(pages)-page_faults)/len(pages))*100
    fault_rate = (page_faults/len(pages))*100
    
    return f"FIFO Page Replacement Algorithm\nPage Fault Rate: {fault_rate:.2f}%\nHit Rate: {hit_rate:.2f}%" 

pages = [7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, 1]
capacity = 3
print(fifo_page_replacement(pages, capacity))

此代码片段定义了一个名为`fifo_page_replacement` 的函数，它接受两个参数：一个是表示页面引用序列列表 `pages` ，另一个是指定缓存区大小整数 `capacity`. 函数内部维护着一个用来保存当前存在于内存里的页面编号数组 `memory`, 并记录每次发生的缺页次数 `page_faults`.

对于每一个新的页面请求，如果该页面不在现有的内存里，则会发生一次缺页异常；此时若内存尚未达到指定的最大容量，则直接加入新页面；反之则按照FIFO原则弹出最早的一页并插入新到来的那一面.

最后返回整个过程中产生的缺页率以及命中率作为输出结果[^2].