设计一个页面替换的虚拟存储管理方案，编程模拟实现页面淘汰和替换过程，并输出页 面分配状态和缺页中断率。

虚拟存储是计算机系统中常用的一种存储技术，允许程序使用比实际可用内存更大的内存空间，将部分数据存储在硬盘上。而页面置换是虚拟存储管理的核心问题之一，其目的是在有限的内存空间中最大限度地提高程序的运行效率。

以下是一个基于页面置换算法的虚拟存储管理方案，具体实现过程如下：

1. 定义页面数据结构

首先需要定义一个页面数据结构，其中包含了页面编号、页面状态等信息，如下所示：

class Page:
    def __init__(self, page_id):
        self.page_id = page_id  # 页面编号
        self.status = 'not_in_memory'  # 页面状态，初始为不在内存中

2. 初始化内存页表

接下来需要初始化内存页表，将所有页面的状态设置为不在内存中，代码如下：

memory_page_table = []
for i in range(total_pages):
    page = Page(i)
    memory_page_table.append(page)

其中 `total_pages` 表示总的页面数。

3. 实现页面置换算法

这里以最简单的随机页面置换算法为例。当发生缺页中断时，随机选择一张页面进行替换。具体实现代码如下：

import random

def page_fault_handler(process_id, page_id):
    # 如果页面已经在内存中，直接返回
    if memory_page_table[page_id].status == 'in_memory':
        return

    # 随机选择一张页面进行替换
    victim_page_id = random.randint(0, total_pages-1)
    while memory_page_table[victim_page_id].status == 'not_in_memory':
        victim_page_id = random.randint(0, total_pages-1)

    # 将被替换页面的状态设置为不在内存中
    memory_page_table[victim_page_id].status = 'not_in_memory'

    # 将新页面的状态设置为在内存中
    memory_page_table[page_id].status = 'in_memory'

其中 `process_id` 表示进程编号，`page_id` 表示发生缺页中断的页面编号。

4. 模拟页面访问过程

最后，可以模拟页面访问过程，统计缺页中断率和页面分配状态。假设有 100 个页面，总共访问 1000 次，每次访问随机选择一个页面进行访问，代码如下：

total_pages = 100
total_accesses = 1000
page_fault_count = 0

for i in range(total_accesses):
    process_id = random.randint(0, 9)
    page_id = random.randint(0, total_pages-1)
    if memory_page_table[page_id].status == 'not_in_memory':
        page_fault_handler(process_id, page_id)
        page_fault_count += 1

print('缺页中断率：', page_fault_count / total_accesses)
print('页面分配状态：')
for page in memory_page_table:
    print('页面编号：', page.page_id, ' 页面状态：', page.status)

运行以上代码即可得到页面分配状态和缺页中断率。

需要注意的是，这里只是一个简单的示例，实际中需要结合具体的应用场景和系统要求选择合适的页面置换算法，并进行优化和改进。