操作系统实验：内存管理与页面置换算法

本实验实例来自《计算机操作系统》课程，主要涵盖了存储器管理的四个关键页面置换算法：FIFO、LRU、NUR和OPT。实验目的是帮助学习者理解内存页面调度的工作机制，掌握不同算法的实现方法，并通过实验对比各种算法的优缺点。 在操作系统中，内存管理是核心功能之一，特别是对于多任务环境，如何有效地调度内存页面以提高系统性能至关重要。本实验详细介绍了以下几个知识点： 1. FIFO（First-In-First-Out）页面置换算法：这种算法是最简单的页面调度策略，按照页面进入内存的顺序进行替换。内存中的页面形成一个队列，当需要新的页面时，总是淘汰最早进入内存的页面。FIFO简单但可能导致Belady's异常，即增加分配的页面数反而使缺页次数增多。 2. LRU（Least Recently Used）页面置换算法：LRU依据页面最近被使用的时间来决定淘汰哪个页面。当内存满时，选择最近最久未使用的页面淘汰，假设页面访问历史能反映未来行为，LRU通常能提供较好的性能。 3. NUR（Not Recently Used）页面置换算法：NUR算法设定一个时间窗口（CLEAR_PERIOD），如果页面在这段时间内未被访问过，则认为其最近未使用。若存在多个未使用的页面，随机选择一个淘汰。这种方法试图在LRU和FIFO之间找到平衡，但实现起来比FIFO复杂。 4. OPT（Optimal）页面置换算法：理想的页面置换策略，它知道未来所有页面的访问顺序，从而选择在最远的未来才被访问的页面进行替换。在实际操作中，由于无法预知未来，因此OPT通常作为其他算法性能评估的基准。 实验指导部分不仅提供了算法原理的简述，还可能包含参考源代码，帮助学生理解和实现这些算法。通过动手实践，学生可以深入理解这些算法的运作方式，以及它们如何影响系统的性能。 实验内容包括对这些算法的实现和比较，通过实际操作，学生能够更直观地看到不同策略在不同工作负载下的表现，从而加深对内存管理的理解。此外，实验还可能涉及使用HASH表数据结构，这是一种高效的数据组织形式，常用于快速查找和存取内存中的页面信息。 这个实验实例是学习和探索操作系统内存管理的重要资源，它通过具体操作和分析，帮助学生建立起对操作系统核心概念的扎实理解。