模拟页面替换算法：FIFO与LRU的实现与比较

"操作系统模拟页面替换算法，包括FIFO和LRU策略的实现与比较，考虑页面大小和内存容量对命中率的影响。" 操作系统中，为了有效地管理和利用有限的内存资源，采用页面替换算法是至关重要的。页面替换算法用于决定在物理内存（主存）空间不足时，哪些页面应该被换出到外存（如磁盘）以腾出空间给新调入的页面。本实验主要探讨两种常见的页面替换算法：先进先出（FIFO）和最近最久未使用（LRU）。 FIFO算法是最简单的页面替换策略，它按照页面进入内存的顺序进行替换，即最早调入内存的页面最先被替换出去。虽然实现起来较为简便，但FIFO算法往往会导致所谓的"Belady's Anomaly"，即增加页面帧数反而导致缺页次数增多，这在其他算法中并不常见。 相比之下，LRU算法则更为智能。它基于页面的历史访问情况，淘汰最近最久未使用的页面。LRU通过维护每个页面的访问时间戳来追踪这一信息，从而选择最少被访问的页面进行替换。LRU通常能提供比FIFO更好的性能，因为它更接近于实际的用户行为模式，即近期频繁访问的页面更可能在短时间内继续被访问。 在实验中，你需要编写一个程序来模拟这两种算法，生成一个随机的页面引用序列，并设置可变的页帧数量（1至7）。每种算法的执行过程中，记录产生的页错误（缺页）次数，以此评估它们的效率。此外，还要考虑页面大小和内存实际容量对命中率的影响，不同的页面大小和内存容量组合可能导致不同的命中率表现。 在实现上，可以定义如下的数据结构： 1. `struct Memory`：包含页面号`pageNumber`和访问时间戳`access_time`，用于表示内存中的页面帧。空闲帧的页面号标记为-1。 2. `int page_fault_time`：记录缺页的次数，初始化为0。 3. `int value`：存储当前所有帧中访问时间戳的最大值，用于在LRU算法中找到最近最少访问的页面。 在`lru.h`和`fifo.h`文件中，分别实现`LRU`和`FIFO`算法的函数，模拟页面引用序列在不同页面帧数量下的执行情况，从而对比两者的性能差异。 通过对这两种算法的模拟和比较，可以深入理解页面替换算法的工作原理，以及它们如何影响操作系统的性能。这不仅有助于理论学习，也为实际系统设计提供了实践经验。