"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。