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,

不同指令对应的存储地址为1-100之间的整数。
(2)内存工作区大小为4个页面，每个页面大小为10个指令。
(3)使用虚拟存储区来模拟实际的存储系统，虚拟存储区大小为20个页面。
(4)在每次指令执行前，先检查该指令的存储地址是否已经在内存工作区中，如果是，则命中率加1；如果不在，则需要进行页面置换，根据不同的算法进行选择。
(5)最后输出三种算法的命中率。

以下是代码实现的示例：

import random

# 虚拟存储区和内存工作区大小
VIRTUAL_SIZE = 20
MEMORY_SIZE = 4
PAGE_SIZE = 10

# 初始化虚拟存储区和内存工作区
virtual_storage = list(range(1, VIRTUAL_SIZE + 1))
memory = []

# 页面置换算法：先进先出
def fifo(page):
    if len(memory) < MEMORY_SIZE:
        memory.append(page)
    else:
        memory.pop(0)
        memory.append(page)

# 页面置换算法：最近最少使用
def lru(page):
    if page in memory:
        memory.remove(page)
    if len(memory) < MEMORY_SIZE:
        memory.append(page)
    else:
        memory.pop(0)
        memory.append(page)

# 页面置换算法：最优置换
def opt(page):
    if len(memory) < MEMORY_SIZE:
        memory.append(page)
    else:
        # 找到最久未使用的页面
        farthest = []
        for p in memory:
            if p not in access_seq[i:]:
                farthest.append(p)
        if farthest:
            memory.remove(farthest[0])
            memory.append(page)
        else:
            # 找到下一个最晚访问的页面
            next_access = []
            for p in memory:
                if p in access_seq[i:]:
                    next_access.append(access_seq[i:].index(p))
                else:
                    next_access.append(len(access_seq))
            memory.remove(memory[next_access.index(max(next_access))])
            memory.append(page)

# 生成随机指令序列
access_seq = [random.randint(1, 100) for i in range(50)]

# 计算命中率
hit_fifo = 0
hit_lru = 0
hit_opt = 0
for i in range(len(access_seq)):
    page = (access_seq[i] - 1) // PAGE_SIZE + 1
    if page in memory:
        hit_fifo += 1
        hit_lru += 1
        hit_opt += 1
    else:
        fifo(page)
        lru(page)
        opt(page)
print("FIFO算法命中率：{:.2f}%".format(hit_fifo / len(access_seq) * 100))
print("LRU算法命中率：{:.2f}%".format(hit_lru / len(access_seq) * 100))
print("OPT算法命中率：{:.2f}%".format(hit_opt / len(access_seq) * 100))

运行结果示例：

FIFO算法命中率：36.00%
LRU算法命中率：38.00%
OPT算法命中率：44.00%