操作系统页面调度实例分析：FIFO/LRU/OPT算法对比

本资源是一份关于操作系统课程中的页面调度例题，针对东南大学2001年的课程内容。题目涉及到一个由5个页面组成的程序，需在仅有3个主存储块的情况下，分析使用FIFO（先进先出）、LRU（最近最少使用）和OPT（最不经常使用）三种页面置换算法时产生的缺页中断次数以及页面命中率。 首先，我们回顾一下页面调度的基础概念。在分页系统中，操作系统会将程序分割成多个大小相等的页面，存储在内存的不同区域。当程序需要执行某一页时，如果该页不在内存中，就会触发缺页中断，这时操作系统会根据预设的页面替换策略选择一个页面调出并替换掉。FIFO算法简单粗暴，总是替换最先调入的页面；LRU算法倾向于替换最后一次未使用的页面，认为这些页面可能在未来不再需要；而OPT算法更为复杂，试图预测未来哪个页面最长时间不会被使用，从而优化内存利用。 针对给定的程序页地址流，我们可以计算每种算法的具体情况： 1. **FIFO** (先进先出)：每次从队列头部替换页面，第一次缺页中断后替换P1，第二次替换P2，第三次替换P1，第四次替换P5，第五次替换P4，第六次替换P1，第七次替换P3，第八次替换P4，第九次替换P2，第十次替换P4。总共10次缺页中断。命中率为（3-10+1）/10=0.2，即20%。 2. **LRU** (最近最少使用)：根据页地址流，P1在连续使用后会被淘汰，P2、P4和P5都有两次连续使用，所以LRU会淘汰P1、P3和P5。缺页中断为8次。命中率为（3-8+1）/10=0.3，即30%。 3. **OPT** (最不经常使用)：由于OPT需要预测长期不使用的页面，它可能会在第一次使用P5后就淘汰P1，因为P1在后续仅使用两次。P2、P4和P5各有两次连续使用，所以最后淘汰P1和P3。缺页中断为6次。命中率为（3-6+1）/10=0.4，即40%。 这个例子展示了不同页面调度算法对内存管理和程序性能的影响，FIFO简单但效率不高，LRU和OPT通过更智能的方式提高命中率，但计算过程相对复杂。在实际操作系统设计中，页面调度策略的选择取决于系统的具体需求，如实时性、内存访问模式等因素。