北京邮电大学操作系统实验：伙伴算法与页面置换算法对比

本次实验旨在通过模拟实现内存分配的伙伴算法和几种常见的请求页式存储管理算法，让学生深入理解存储技术的原理和特性，以及虚拟存储管理中的内存分配、回收和页面置换策略。具体包括以下几个关键知识点： 1. 实验目的： - 学习和掌握内存分配伙伴算法的工作原理，包括内存块的申请、分配和回收过程，以及如何处理碎片化问题。 - 掌握请求页式存储管理中的五种基本页面置换算法：最佳置换算法（Optimal）、先进先出法（FIFO）、最近最久未使用（LRU）、最不经常使用法（LFU）和最近未使用法（NRU）。重点在于理解这些算法的核心思想，比较它们在内存利用效率和性能上的差异。 2. 实验内容： - 实现伙伴算法：学生需编写程序来模拟内存分配，确保在内存满或有碎片时能正确地分配或回收内存块。 - 页面置换算法设计：设计一个虚拟存储区模型，根据给出的指令序列，通过各种算法计算页面命中率，分析不同算法对内存利用率的影响。命中率是指进程能够从内存找到所需页面的比例，反映了系统处理指令的效率。 3. 实验流程： - 使用随机函数生成指令序列，按照特定分布规则，如顺序执行、均匀分布等，形成页地址流。 - 将用户内存容量设定为4页到32页，虚拟内存容量为32K，模拟真实环境中的内存限制。 - 按照每K内存存放10条指令的方式布局虚存地址，以便于算法评估。 4. 知识点分析： - 伙伴算法：理解如何通过合并连续的小空闲块来创建大块内存，以及如何避免小碎片的产生。 - 页面置换算法比较：对比五种页面置换算法的优缺点，如Optimal算法理论上最优但计算复杂度高，而LRU和LFU基于访问历史预测未来需求，NRU则关注最近未使用的页面。分析在不同数据访问模式下，哪种算法表现更优。 - 命中率分析：通过实验结果，观察页面个数与命中率之间的关系，以及在相同条件下不同算法的性能对比，了解内存管理策略如何影响系统的整体性能。 总结来说，这个实验让学生亲手实践内存管理和虚拟存储的设计，深入理解内存分配策略，并通过实际操作和数据分析，提升对内存管理算法的理解和应用能力。同时，它也强调了在实际场景中选择合适内存管理方法的重要性，以便优化系统性能。