虚拟存储管理：模拟页面置换算法实现

"《计算机系统与系统软件》课程设计任务主要关注虚拟存储管理中的页面置换算法，要求学生通过编程模拟实现OPT（最佳置换算法）、FIFO（先进先出算法）和LRU（最近最少使用算法），并进行性能比较。实验环境为Windows操作系统，使用VC++6.0和C语言进行开发。" 在计算机系统中，虚拟存储技术是扩展内存容量的关键，它通过将主存和辅存结合，使得程序可以超出物理内存大小来运行。在虚拟存储系统中，页面置换算法是核心部分，用于决定当主存空间不足时，哪些页面应该被换出到磁盘，以便腾出空间加载新的页面。这个过程直接影响了系统的性能和响应时间。 1. 页面置换算法 - **最佳置换算法（OPT）**：也称为“向前看”算法，它假设知道未来所有页面访问情况，每次选择将来最远不会被再次使用的页面进行置换。在实际操作中，由于未来信息未知，所以OPT通常作为理论上的最优解，用于评估其他算法的性能。 - **FIFO（先进先出）算法**：简单直观，按照页面进入内存的顺序依次淘汰最老的页面。这种算法容易实现，但可能导致Belady's异常，即增加页面数量反而降低性能。 - **LRU（最近最少使用）算法**：当需要选择一个页面淘汰时，选择最近最少使用的页面。该算法基于“如果一个页面最近被频繁使用，那么它未来可能还会被频繁使用”的假设。在实际系统中，LRU通常通过数组或堆栈配合特定操作来实现，如双链表可以方便地进行页面插入和删除。 2. 数据结构 - 页面走向描述：可以用数组或字符串表示。数组直接存储访问顺序，但长度有限制；字符串需解析后转化为页面序列。 - 页框表示：根据不同的置换算法，可以采用不同的数据结构。例如，FIFO算法适合用队列，LRU算法则可以使用数组或堆栈。 3. 功能模块 - 主模块：负责初始化、用户交互界面以及调用其他模块。 - 页面走向输入模块：从键盘读取或从文件中读取页面访问序列。 - 置换算法模块： - 判断模块：根据选定的置换算法，决定将哪个页面换出。 - 调整模块：执行实际的页面替换操作，更新内存中页面的状态。 课程设计要求学生完成程序设计，使用C语言，采用VisualC++6.0作为编译环境。学生需要独立完成程序调试，并提交包含设计目的、内容、原理、模块划分、数据结构、算法设计、流程图和源代码注释的课程设计报告。通过这个过程，学生不仅深化对操作系统原理的理解，还能提升编程解决问题的能力，为未来系统软件开发奠定基础。