虚拟存储管理：分页系统与页面替换算法解析

"操作系统习题及答案文档包含了关于操作系统中页面替换算法的多个问题和解答，涉及FIFO（先进先出）、LRU（最近最久未使用）和OPT（最佳页面替换）算法在不同场景下的应用。" 在操作系统中，页面替换算法是虚拟存储管理的关键部分，用于决定在内存页框不足时，应该替换哪个页面以腾出空间给新的或已被修改的页面。文档中的习题主要考察了这些算法在不同页框数量条件下的性能表现。 1. 题目中给出了一个程序的页面走向，并给出了分配给程序3个、4个、5个和6个页框的情况，分别计算了FIFO、LRU和OPT算法下的缺页中断次数和缺页中断率。缺页中断率是缺页中断次数除以总页面访问次数。可以看出，随着页框数量的增加，缺页中断次数通常会减少，而最优的OPT算法始终表现出最低的缺页中断次数。 2. 第二个问题提供了两个不同的页面访问序列，同样考察了FIFO和LRU算法在分配3个页框时的表现。结果显示，LRU通常能提供比FIFO更好的性能，因为LRU考虑了页面的访问频率，而FIFO仅依赖于页面进入内存的顺序。 3. 第三个问题分析了两个作业的页面走向，分别在分配3个和4个页框的情况下，比较了FIFO、LRU和OPT算法。在这个例子中，作业的页面访问模式影响了各个算法的性能。对于某些情况，如(2)，分配更多的页框反而导致更高的缺页中断率，这被称为Belady现象，是FIFO算法特有的异常情况。 4. 最后一部分提到了可变分区存储管理，虽然没有提供具体问题，但暗示了可能涉及内存空间分配和碎片问题。在可变分区管理中，内存被动态地划分为大小不等的分区来满足进程的需求，可能导致内部碎片（未使用的内存片段）和外部碎片（可用但因碎片无法分配的大块内存）。 这些习题旨在帮助学生深入理解页面替换算法的工作原理和它们如何影响系统的性能。通过对比不同算法的性能，可以发现LRU通常比FIFO更有效，而OPT则是理论上的最佳选择，但实际实现困难。同时，理解Belady现象对于优化内存管理策略至关重要。在可变分区存储管理中，合理分配内存空间以减小碎片是另一个重要的考虑因素。