C语言模拟虚拟存储器管理：FIFO与LRU页面置换算法

"操作系统实验，关注存储器管理，特别是虚拟存储器中的页面置换算法。学生需用C语言编写模拟程序，模拟具有多个虚页的进程在有限实页内存中的运行，遇到缺页中断时，应用FIFO（先进先出）和LRU（最近最久未用）两种算法进行页面替换。实验目标是理解和比较这两种算法的性能，通过改变进程的实页分配数量来观察结果。实验中，虚页和实页用结构体表示，虚页结构包含虚页号、实页号和访问时间（仅LRU算法使用），实页结构包含虚页号、实页号和指向下一个实页的指针。缺页次数通过计数器跟踪，LRU算法则依赖于时间计数器来确定最近最久未用的页面。" 在操作系统中，存储器管理是一个关键部分，它涉及到如何有效地分配和使用有限的物理内存资源。虚拟存储器是一个重要的概念，它允许程序使用超过实际物理内存容量的地址空间。请求页式虚存管理是实现虚拟存储的一种方法，其中程序的逻辑地址空间被划分为固定大小的页，而实际的物理内存则由一系列的页框组成。 本实验主要涉及两个页面置换算法： 1. FIFO（先进先出）算法：这是一种简单的页面替换策略，当发生缺页中断时，选择最早进入内存的页面进行替换。FIFO算法实现简单，但可能会导致Belady's异常，即增加分配的物理页面数反而可能导致更高的缺页率。 2. LRU（最近最久未用）算法：这种算法假设最近未使用的页面在未来最不可能被使用。每次访问页面时，会更新该页面的时间戳或访问位，当需要替换页面时，选择时间戳最旧的页面（即最近最久未用的页面）。LRU通常比FIFO提供更好的性能，因为它考虑了页面的访问模式。 实验要求学生用C语言编程，模拟进程的页面访问流，生成随机或预定义的访问序列，并根据FIFO和LRU算法处理缺页。通过比较不同实页数下的页面命中率，可以分析两种算法的性能差异。此外，实验还涉及数据结构的使用，如链表，来表示和操作实页链表。 实验中的数据结构设计包括： - 虚页结构体：包含虚页号（pn）、实页号（pfn）和访问时间（time，仅LRU用到）。 - 实页结构体：包含虚页号（pn）、实页号（pfn）和指向下一个实页的指针（next）。 统计命中率是通过一个计数器（count）实现的，每次访问的虚页已装入实页时，计数器加1。最终的命中率是计数器值除以总访问次数的百分比。 LRU算法的实现需要一个全局时间计数器（countime），每次访问页面时更新，用于确定最近最久未用的页面。当需要替换页面时，查找时间戳最小的页面进行替换。 这个实验旨在帮助学生深入理解虚拟存储的工作原理，熟悉页面置换算法的实现，并通过实践操作提升对操作系统存储管理策略的掌握。