虚拟存储器管理：页面置换算法模拟实验

"虚拟存储器管理页面置换算法模拟实验" 本次实验主要关注的是虚拟存储管理中的请求页式虚存管理，特别是页面置换算法的模拟，包括FIFO（先进先出）算法和LRU（最近最久未用）算法。实验旨在帮助学生深入理解虚拟存储技术及其工作原理，特别是页面调度策略。 1. **虚拟存储器基础** 虚拟存储器是一种内存管理技术，它将物理内存与硬盘上的虚拟内存相结合，使得程序可以超出实际物理内存的限制运行。通过请求页式虚存管理，当程序访问的页不在物理内存中时，会产生缺页中断，此时系统会根据页面置换算法选择一页替换掉，将所需页加载进来。 2. **页面置换算法** - **FIFO算法**：按照页面进入内存的顺序进行替换，即最先进入的页面最先被替换。但FIFO算法容易导致Belady's Anomaly，即增加物理内存页数反而导致缺页次数增多。 - **LRU算法**：选择最近最久未使用的页面进行替换。这种算法通常能提供更好的性能，因为它倾向于淘汰那些长时间未使用的页面。 3. **实验设计** 实验采用C语言编写，模拟一个进程有10个虚页，每次访问20次。访问序列可以随机生成或从文件中读取。实验程序需显示置换过程的状态并计算访问结束时的页面命中率。通过改变分配给进程的实页数量，对比FIFO和LRU的性能。 4. **数据结构** - **虚页结构**：包含虚页号`pn`（0-9），实页号`pfn`（-1表示未装入，否则为实际页号），以及在LRU中用于记录最近访问时间的`time`字段。 - **实页结构**：包含虚页号`pn`，实页号`pfn`，以及指向下一个实页结构的指针`next`，用于构建链表。 5. **统计和计算** 实验中通过计数器`count`记录虚页命中次数，每命中一次，`count`加1。最后，命中率为`count/20 * 100%`。 6. **LRU实现** LRU算法的关键是跟踪每个页面的最近访问时间。这里使用全局计数器`coun`，每次虚页访问时更新相应页面的时间戳。当需要选择最近最久未用的页面时，找到时间戳最小的页面进行替换。 7. **实验效果分析** 通过调整实页数，可以观察不同页面置换策略在内存资源有限时的影响，从而评估FIFO和LRU的效率和稳定性。 这个实验对于理解虚拟存储器的工作机制以及页面置换算法的实际应用具有重要的实践价值，同时也为后续的系统优化和性能调优提供了基础。