C++模拟请求页式虚拟内存管理系统：FIFO vs LRU算法比较

实验3虚拟存储器管理是淮海工学院计算机科学系《操作系统原理》课程的重要实践环节。本实验的主要目标是让学生深入理解并实现请求页式虚拟内存管理系统，通过模拟一个具有多个虚页的进程在有限的实页中运行，考察FIFO（先进先出）和LRU（最近最少使用）两种页面置换算法的性能。 在实验中，学生需要用C/C++编程语言来构建这个系统，首先定义虚页和实页的数据结构。虚页由pn（虚页号，0-9）、pfn（实页号，-1表示未装入，非-1表示装入的实页号）和time（仅在LRU中用于记录访问时间，FIFO中不需要）组成。实页则包括pn（虚页号）、pfn（对应虚页的实页号，范围由动态分配的实页数决定）以及next指针，用于链接实页构成链表。 实验的核心部分是处理缺页中断，即当进程试图访问一个尚未装入物理内存的虚页时，程序需要执行页面置换。在这个过程中，使用计数器count跟踪20次虚页访问中的命中次数，当访问的虚页已存在于物理内存中（pfn非-1）时，计数器加1。最后，通过计算命中率（count/20*100%）来评估算法的效率。 LRU算法在此实验中尤为重要，它根据最近最少使用的策略替换最长时间未被访问的虚页。这涉及到实现一个查找和替换机制，当需要新装入虚页时，检查链表头部的虚页，如果是最长时间未访问的，将其移除并替换新访问的虚页。 实验的关键在于对比FIFO和LRU两种算法在不同实页数下的性能，观察在相同条件下哪种算法能提供更高的页面命中率，从而展示出它们在稳定性和效率方面的差异。通过本实验，学生不仅可以掌握虚拟内存管理的基本原理，还能提升编程和算法设计的能力，同时了解了操作系统如何优化内存使用，提高系统的整体性能。