虚拟存储管理模拟实验：页面置换算法分析

"该文档是一个关于页面置换算法模拟实验的说明，主要涵盖了五种常见的页面置换算法：最佳淘汰算法（OPT）、先进先出算法（FIFO）、最近最久未使用算法（LRU）、最不经常使用算法（LFU）以及最近未使用算法（NUR）。实验目的是理解虚拟存储技术特点，掌握这些算法的基本思想和实现，并通过计算命中率来比较不同算法的效率。实验中，使用随机数生成320条指令，模拟指令地址流，并依据特定规则转换为页地址流。页面大小设定为1K，用户内存容量在4至32页之间变化，用户虚存容量为32K。实验指导部分提到了虚拟存储系统的基本概念。" 在这个实验中，我们关注的是虚拟存储管理中的核心问题——页面置换算法。这些算法在处理请求页式存储管理时，当所需页面不在内存中时，会选择一个页面替换掉。以下是各算法的简要说明： 1. **最佳淘汰算法（OPT）**：理论上的最优算法，总是选择未来最长时间内不会被访问的页面进行替换。但在实际操作中，由于无法预知未来，所以无法实现。 2. **先进先出算法（FIFO）**：简单易实现，选择最早进入内存的页面进行替换。但往往会导致“Belady's Anomaly”，即增加物理内存时反而降低命中率。 3. **最近最久未使用算法（LRU）**：实际应用广泛，替换最近最久未使用的页面。LRU假设最近未使用的页面在未来访问的可能性较低。 4. **最不经常使用算法（LFU）**：根据页面访问频率决定，最少被访问的页面优先替换。在长期运行的系统中，能更好地预测未来访问模式。 5. **最近未使用算法（NUR）**：与LRU类似，但仅考虑页面是否最近被使用过，而不考虑访问频率。一旦页面未被使用，就标记为“未使用”。 实验通过生成具有不同访问模式的指令序列（顺序、前部分均匀分布、后部分均匀分布），来模拟真实世界中的程序行为。通过计算每种算法下的命中率（命中率=1-页面失效次数/页地址流长度），可以直观比较算法性能。实验还设定了不同的内存容量和固定大小的页面，以观察这些因素对算法效果的影响。 虚拟存储系统允许程序使用超出物理内存的地址空间，通过在主存和磁盘之间动态交换数据。当需要的页面不在内存中时，页面置换算法选择一个页面写回磁盘，腾出空间加载新的页面。实验中，用户内存容量和虚存容量的设定，反映了实际系统中资源有限的情况。 这个实验旨在通过模拟实践，帮助学习者深入理解虚拟存储系统的工作原理，掌握各种页面置换算法的运作机制，并能通过实际数据比较算法的优劣。