操作系统实验：页面置换算法实现与分析

"本实验报告主要探讨了操作系统中的页面置换算法，包括FIFO（先进先出）、LRU（最近最少使用）以及OPT（最佳页面置换）三种策略。实验旨在通过编程实现来理解虚拟内存管理技术，请求分页存储管理的运作机制，并掌握不同页面置换算法的思想。实验使用Vscode作为开发工具，模拟一个作业在内存中的执行过程，计算并比较不同算法下的缺页中断次数。" 实验内容详细说明： 1. 虚拟内存分配存储管理：在操作系统中，由于物理内存有限，而程序可能需要的内存空间超过物理内存，因此引入了虚拟内存的概念。虚拟内存将硬盘的一部分空间作为扩展的内存，通过页面映射技术使得程序可以认为拥有连续的内存空间。 2. 请求分页存储管理：这是虚拟内存的一种实现方式，程序被分割成固定大小的页，只有当程序需要访问某一页时（即发生页故障），才会从硬盘加载到内存中，这称为请求调页。 3. 页面置换算法： - FIFO（先进先出）算法：最简单的页面置换策略，按照页面进入内存的顺序进行替换。当内存满且需要新页面时，会替换最早进入内存的页面。 - LRU（最近最少使用）算法：根据页面的使用历史来决定替换哪个页面，选择最近最久未使用的页面进行替换，以减少未来再次访问的可能性。 - OPT（最佳页面置换）算法：理论上最优的页面置换策略，每次都能预测到未来不会被访问的页面，但实际操作中无法实现，因为需要预知未来的访问序列。 实验步骤中，通过编程实现了这三个算法，其中`isPageInMemory()`函数检查页面是否在内存中，`replacePage()`函数负责替换页面，`fifoPageReplacement()`函数则执行FIFO算法。实验过程中，会记录和比较不同算法下的缺页中断次数，以此评估各个算法的性能。 实验步骤中的代码片段展示了FIFO算法的实现。初始化内存时，用-1表示空闲位置。当遇到新的页面请求时，首先检查页面是否已经在内存中，若不在，则进行页面替换。如果内存已满，FIFO算法会替换最早进入内存的页面（即内存数组中第一个非-1的元素）。 通过该实验，学生可以直观地了解页面置换算法的工作原理，以及它们在实际应用中的性能差异，从而更好地理解操作系统如何有效地管理内存资源，优化程序运行效率。