下载文档原格式
操作系统实验二：虚拟存储器管理时间：2013-12-06地点：计算机实验机房2实验人：朱蓉蓉学号：E01114336题目一：采用先进先出算法实现分页管理的缺页调度。
实验代码：#include "stdio.h"#define N 20#define m 4void main(){int n;printf("请输入引用串页面个数:\n");scanf("%d",&n);int ym[N],i,j,q,mem[m]={0},table[m][N];char flag,f[N];printf("请输入页面访问序列:\n");for(i=0;i<n;i++){printf("输入页面号:");scanf("%d",&ym[i]);}for(i=0;i<n;i++) //查页表，看是否缺页{q=0;while((ym[i]!=mem[q])&&(q!=m)) q++;if(q==m) flag='*'; //缺页，则置标志flag为'*'else flag=' ';if(flag=='*'){for(j=m-1;j>0;j--) //淘汰最先调入的页面调入当前访问的mem[j]=mem[j-1];mem[0]=ym[i];}for(j=0;j<m;j++)table[j][i]=mem[j];f[i]=flag;}printf("输出结果为下表(0代表为空，*代表有缺页)\n"); for(i=0;i<m;i++){for(j=0;j<n;j++)printf("%3d",table[i][j]);printf("\n");}for(i=0;i<n;i++)printf("%3c",f[i]);printf("\n");}实验二：采用LRU算法实现分页管理的缺页调度.实验代码：#include <stdio.h>#define P 20#define m 5void main(){int n;printf("--------------LRU算法缺页调度---------------\n"); printf("请输入引用串页面个数:\n");scanf("%d",&n);int ym[P],i,j,q,mem[m]={0},table[m][P];char flag,f[P];printf("请输入页面访问序列:\n");for(i=0;i<n;i++){printf("输入页面号:");scanf("%d",&ym[i]);}for(i=0;i<n;i++) //查页表，看是否缺页{q=0;while((ym[i]!=mem[q])&&(q!=m)) q++;if(q==m) flag='*'; //缺页，则置标志flag为'*'else flag=' ';for(j=q;j>0;j--)mem[j]=mem[j-1];mem[0]=ym[i];for(j=0;j<m;j++)table[j][i]=mem[j];f[i]=flag;}printf("输出结果为下表（0代表为空，*代表有缺页）\n"); for(i=0;i<m;i++){for(j=0;j<n;j++)printf("%3d",table[i][j]);printf("\n");}for(i=0;i<n;i++)printf("%3c",f[i]);printf("\n");}。
理解操作系统中的虚拟内存和页面置换算法虚拟内存是现代操作系统中的重要概念，它扩展了计算机的内存容量，允许运行更多的程序和处理更大的数据量。
虚拟内存通过将物理内存与磁盘上的某个存储区域进行映射，使得计算机能够在不使用全部物理内存的情况下运行更多的程序。
具体来说，操作系统将物理内存划分为大小相等的页面（page），同时将磁盘上的一部分空间划分为大小相等的页面框（page frame）。
每个页面框对应一个物理内存页面，而每个页面则对应一段虚拟内存空间。
当程序需要使用某个虚拟内存地址时，操作系统会将其映射到一个物理内存页面上。
如果所需页面已经在物理内存中，则直接访问该物理页面；如果所需页面不在内存中，则操作系统会选择一个页面进行置换，将其放入磁盘上的页面框中，然后将所需页面从磁盘加载到物理内存中。
页面置换算法是一种选择页面进行置换的策略。
常见的页面置换算法包括最佳置换算法（OPT）、先进先出算法（FIFO）、最近最少使用算法（LRU）等。
最佳置换算法是一种理想情况下的算法，即在置换页面时选择未来最长时间不再使用的页面进行置换。
然而，最佳置换算法需要未来的信息，因此在实际应用中很难实现。
FIFO算法则是一种最简单的页面置换算法，它选择最早被加载到物理内存的页面进行置换。
LRU算法是一种较为常用的页面置换算法，它根据页面的最近访问时间来选择置换页面。
页面置换算法的选择会影响系统的性能。
最佳置换算法理论上具有最佳的置换效果，但是在实际情况下很难实现。
FIFO算法简单易实现，但是无法适应程序运行时的不同访问模式。
LRU算法则考虑了最近访问时间，可以适应不同的访问模式，但是其实现相对复杂。
因此，选择合适的页面置换算法需要根据具体应用场景进行权衡和选择。
虚拟内存和页面置换算法为计算机的运行提供了更大的灵活性和效率。
它们通过将磁盘空间用作扩展内存，使得计算机能够处理更多的数据和运行更多的程序。
通过页面置换算法，操作系统可以根据程序的访问模式动态地调整物理内存的使用，提高系统的性能和响应速度。
操作系统-页面置换算法操作系统页面置换算法在操作系统中，页面置换算法是一项至关重要的技术，它主要用于管理内存中的页面，当内存空间不足时，决定哪些页面应该被替换出去，为新的页面腾出空间。
这一过程对于系统的性能和效率有着直接的影响。
想象一下，内存就像是一个有限大小的书架，而页面就像是一本本书。
当书架已经满了，但我们还想放入新的书时，就必须要把一些书拿出来，为新书腾出位置。
页面置换算法就是决定拿哪本书出来的规则。
常见的页面置换算法有多种，下面我们来详细了解一下。
首先是先进先出（FIFO）算法。
它的原理就像排队一样，先进入内存的页面先被替换出去。
这种算法实现起来比较简单，但可能会出现一种叫做“Belady 异常”的现象，即增加分配给进程的物理块数量时，反而可能会导致缺页率增加。
这是因为可能先进入的页面是经常被使用的，而后面进来的是不常使用的，这样就容易造成错误的替换。
接下来是最近最久未使用（LRU）算法。
它的思路是把最近一段时间内最久没有被使用的页面替换出去。
这种算法的性能通常比较好，因为它更能反映页面的实际使用情况。
但它的实现相对复杂，需要额外的硬件支持或者通过软件来模拟实现。
然后是最近未使用（NRU）算法。
这个算法会把页面分为四类：未被访问且未被修改、未被访问但已被修改、已被访问但未被修改、已被访问且已被修改。
然后根据这些分类来选择替换的页面。
它的优点是实现相对简单，但可能不如 LRU 算法那么精确。
还有一种叫做时钟（Clock）算法，也称为第二次机会算法。
它把所有的页面组成一个环形链表，通过一个指针来遍历。
当需要替换页面时，如果页面的访问位是 0 ，则直接替换；如果是 1 ，则将其访问位置为 0 ，然后指针继续移动，直到找到访问位为 0 的页面。
除了以上这些，还有最优（OPT）算法。
这是一种理想的算法，它会选择未来最长时间内不会被使用的页面进行替换。
但由于它需要预先知道未来的页面访问情况，所以在实际中是无法实现的，通常只是用来作为评估其他算法性能的标准。
虚拟内存的页面置换算法一、引言虚拟内存是计算机系统中的一种技术，它将计算机内存的管理从物理内存中分离出来，扩大了可用的内存空间。
而虚拟内存的页面置换算法则是虚拟内存管理中的重要组成部分。
本文将对虚拟内存的页面置换算法进行详细介绍。
二、页面置换算法的作用在计算机系统中，虚拟内存的大小远远大于物理内存的大小。
当系统运行的程序需要的内存超过物理内存的容量时，就需要将一部分数据从内存中置换出来，以腾出空间给新的数据。
而页面置换算法就是决定哪些页面被置换出去的方法。
三、常见的页面置换算法1. 最佳(OPT)页面置换算法最佳算法是一种理想化的算法，它总是选择未来最长时间内不会被访问的页面进行置换。
然而，由于无法预测未来的访问模式，最佳算法无法在实际系统中使用。
2. 先进先出(FIFO)页面置换算法FIFO算法是一种简单的页面置换算法，它总是选择最早进入内存的页面进行置换。
这种算法容易实现，但是它没有考虑到页面的访问模式，可能会导致较高的缺页率。
3. 最近最久未使用(LRU)页面置换算法LRU算法是一种基于页面访问历史的页面置换算法，它总是选择最近最久未使用的页面进行置换。
这种算法通常能够较好地预测未来的访问模式，但是实现起来较为复杂，需要维护一个访问历史记录。
4. 时钟(Clock)页面置换算法时钟算法是一种基于页面访问位的页面置换算法，它使用一个指针来指向内存中的页面，当需要置换页面时，检查指针指向的页面的访问位。
如果访问位为0，则选择该页面进行置换；如果访问位为1，则将访问位置为0，并将指针移动到下一个页面。
这种算法相对简单，并且能够较好地预测未来的访问模式。
5. 最不经常使用(LFU)页面置换算法LFU算法是一种基于页面访问频率的页面置换算法，它总是选择访问频率最低的页面进行置换。
这种算法能够较好地预测未来的访问模式，并且对于访问频率较低的页面有较好的效果。
四、页面置换算法的评价指标评价一个页面置换算法的好坏通常使用缺页率来衡量。
java页面置换算法课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解页面置换算法的基本概念和作用；2. 掌握常见的页面置换算法，如先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）和最佳置换（OPT）等；3. 学会分析不同置换算法的优缺点和适用场景；4. 了解虚拟内存中的页面置换策略在实际操作系统中的应用。
技能目标：1. 能够运用Java编程语言实现基本的页面置换算法；2. 培养学生运用数据结构和算法解决问题的能力；3. 提高学生的编程实践能力和调试技巧；4. 培养学生通过分析问题，选择合适算法解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机操作系统中内存管理知识的兴趣和好奇心；2. 增强学生的团队合作意识，培养协同解决问题的能力；3. 培养学生面对复杂问题时的耐心和毅力，树立克服困难的信心；4. 引导学生认识到技术发展对社会进步的重要性，激发他们的社会责任感。
课程性质：本课程为计算机科学专业高年级的学科核心课程，旨在帮助学生掌握页面置换算法的理论知识，并通过实践提高编程技能。
学生特点：学生已具备一定的编程基础和操作系统知识，具备独立分析和解决问题的能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，强调动手实践，鼓励学生思考和探讨。
通过本课程的学习，使学生能够将所学的页面置换算法应用于实际问题的解决，提高其综合素质。
二、教学内容1. 页面置换算法概述- 页面置换算法的定义及作用；- 页面置换算法在操作系统中的应用场景。
2. 常见页面置换算法原理与实现- 先进先出（FIFO）算法；- 最近最少使用（LRU）算法；- 最佳置换（OPT）算法；- 最久未用（MFU）算法。
3. 页面置换算法的性能分析- 不同算法的性能指标（如缺页率、置换次数等）；- 分析各种算法的优缺点及适用场景。
4. Java实现页面置换算法- Java编程环境的搭建；- 使用Java实现上述常见页面置换算法；- 编程实践：编写测试用例，测试并比较不同算法的性能。
操作系统虚拟内存与页面置换算法操作系统的虚拟内存是一种将运行程序所需的内存空间扩展到硬盘上的技术。
通过虚拟内存，操作系统可以更好地管理内存资源，使得多个程序能够同时运行，并且在内存不足时能够有效地置换页面。
一、虚拟内存的概念和作用虚拟内存是操作系统为每个进程提供的一种看似连续、但实则可以存储在物理内存和硬盘上的地址空间。
它的主要作用有以下几点：1. 扩充内存容量：虚拟内存可以将硬盘上的一部分空间作为内存扩充，有效地提高内存的容量。
2. 隔离进程地址空间：每个进程有独立的虚拟内存空间，通过虚拟内存的隔离，进程与进程之间不会相互干扰。
3. 简化物理内存管理：操作系统只需将常用的部分加载到物理内存中，而不必一次性将整个进程加载到内存中，减少物理内存的压力。
二、页面置换算法虚拟内存的管理会面临一个问题——当物理内存不足时，如何选择将哪些页面换出到硬盘中以便腾出空间给其他页面使用。
下面介绍几种常见的页面置换算法：1. 先进先出（FIFO）算法FIFO算法是最简单的页面置换算法。
它根据页面进入物理内存的先后顺序进行置换，即最早进入内存的页面最先被置换。
但是，FIFO算法的缺点是它无法根据页面的访问频率进行调度，可能导致缺页率较高。
2. 最近最久未使用（LRU）算法LRU算法是一种比较常用的页面置换算法。
它通过记录页面最近一次被访问的时间戳，优先置换最长时间未被访问的页面。
LRU算法可以有效地利用页面的访问模式，但是实现起来比较复杂。
3. 时钟（Clock）算法时钟算法是一种简单而高效的页面置换算法。
它通过维护一个指针，在页面发生缺页时从指针所指页面开始扫描。
如果页面被访问过，则将其访问位置为1；如果没有被访问过，则将其换出并将指针指向下一个页面。
时钟算法的优点是实现简单，并且能够适应访问模式的变化。
综上所述，虚拟内存是操作系统管理内存资源的一种技术。
通过虚拟内存，操作系统可以更好地管理内存，提高内存的利用率，使得多个程序能够同时运行。
操作系统中的虚拟内存与页面置换算法操作系统是计算机系统中最核心的组成部分之一，负责管理和协调计算机系统的各种资源。
虚拟内存和页面置换算法是操作系统中的重要概念和技术，用于提高系统的性能和资源利用率。
本文将详细介绍操作系统中的虚拟内存和页面置换算法的原理及其应用。
一、虚拟内存的概念和原理虚拟内存是一种操作系统技术，它可以扩展计算机的实际物理内存大小，使得应用程序能够访问比实际物理内存更大的虚拟地址空间。
虚拟内存的实现原理是将进程的虚拟地址空间映射到物理内存或磁盘上，实现了从逻辑地址到物理地址的转换。
虚拟内存的主要功能包括内存保护、内存共享和内存扩充。
通过内存保护，操作系统可以为每个进程分配独立的虚拟地址空间，防止不同进程之间的内存相互干扰；通过内存共享，操作系统可以将相同的虚拟页面映射到不同的进程，实现进程间的数据共享；通过内存扩充，操作系统可以将虚拟内存中的部分内容映射到磁盘上，从而将物理内存中的数据暂时存储在磁盘上，释放出更多的物理内存供其他进程使用。
二、页面置换算法的概念和分类页面置换算法是虚拟内存管理中的核心算法，用于根据内存访问的特点和目标来选择被置换出去的页面，以便为新的页面腾出空间。
常用的页面置换算法有FIFO（First In First Out）、LRU（Least Recently Used）、LFU（Least Frequently Used）和OPT（Optimal）等。
FIFO算法是最简单的页面置换算法，它按照页面进入内存的顺序选择被置换出去的页面。
尽管FIFO算法实现简单，但是由于没有考虑到页面的使用频率和重要性，可能会导致被频繁访问的页面被置换出去，降低系统的性能。
LRU算法是最常用的页面置换算法之一，它根据页面最近的访问时间来选择被置换出去的页面。
LRU算法认为，最长时间没有被访问的页面很可能在未来也不会被访问，因此选择该页面来置换可以最大程度上减少页面置换的次数，提高系统的性能。
操作系统——模拟页⾯置换算法（FIFO——先⼊先出、LRU——最近最少使⽤、LFU——最近。
操作系统——模拟页⾯置换算法（FIFO——先⼊先出、LRU——最近最少使⽤、LFU——最近最不常使⽤），计算置换率（包含程序框图）导语：1. FIFO页⾯置换算法：最简单的页⾯置换算法。
这种算法的基本思想是：当需要淘汰⼀个页⾯时，总是选择驻留主存时间最长的页⾯进⾏淘汰，即先进⼊主存的页⾯先淘汰。
(看时间)2. LRU页⾯置换算法：最近最少使⽤，简单来说就是将数据块中，每次使⽤过的数据放在数据块的最前端，然后将存在的时间最长的，也就是数据块的末端的数据置换掉。
(看时间)3. LFU页⾯置换算法：近期最少使⽤算法，选择近期最少访问的页⾯作为被替换的页⾯，如果⼀个数据在最近⼀段时间内使⽤次数很少，那么在将来⼀段时间内被使⽤的可能性也很⼩。
(看次数)4. 置换率与与缺页率不同。
置换率⽤置换次数算，缺页率⽤缺页中断次数算。
FIFO页⾯置换算法：Linux效果图（采⽤UOS + VScode + g++）程序框图C++代码(FIFO)：#include<iostream>using namespace std;static int mnum;//物理块数static int pnum;//页⾯⾛向static int count=0;//页⾯置换次数static int *analogblock;//模拟物理块static int *block;//物理块static int *process;//随机页⾯访问序列int judge(int a[],int n,int x) //判断数组中是否已有x，若有返回其下标值，没有则返回-1 {int i;for (i=0;i<n;i++)if(x==a[i])return i;return -1;}void replace(int y,int mnum,int x)//⽤于物理块页⾯置换，y是⽤来置换的页⾯，x是被置换的页⾯ {int i;for (i=0;i<mnum;i++)if(x==block[i])block[i]=y;}int main() {int i;int maxanalogblock=-1;//模仿队列的定义int x;cout<<"请输⼊页框⼤⼩物理块数：\n";cin>>mnum;if(mnum>999999) {cout<<"输⼊超出控制⼤⼩！"<<endl;return 0;}cout<<"⾃动⽣成的内存块需求序列个数：\n";cin>>pnum;if(pnum>999999) {cout<<"输⼊超出控制⼤⼩！"<<endl;return 0;}analogblock=new int[mnum];block=new int[mnum];process=new int[pnum];for (i=0;i<mnum;i++) analogblock[i]=-1;for (i=0;i<mnum;i++) block[i]=-1;///////////////////////随机产⽣页⾯⾛向序列cout<<"产⽣随机序列如下：\n";srand( (unsigned)time( NULL ) );//以time函数值（即当前时间）作为种⼦数，保证两次产⽣序列的随机性for (i=0; i<pnum; i++) {process[i] = rand()%10;cout<<process[i]<<" ";}cout<<endl;//////////////////////cout<<"先进先出(FIFO)页⾯置换算法，结果： \n\n";//////////////////////for (x=0;x<pnum;x++) //⾃动读数 {//读⼀个序列号，输出当前数组元素cout<<"真实物理块情况：";for (i=0;i<mnum;i++) {if(block[i]!=-1)cout<<block[i]<<" ";}cout<<"模拟物理块情况：";for (i=0;i<mnum;i++) {if(analogblock[i]!=-1)cout<<analogblock[i]<<" ";}//////////////////////////maxanalogblock++;//读数后maxanalogblock⾃动+1if(maxanalogblock<mnum) //若在物理块范围内 {if(judge(analogblock,mnum,process[x])==-1)//若数组中不存在待插⼊元素 {analogblock[maxanalogblock]=process[x];//新元素从尾部插⼊block[maxanalogblock]=process[x];//新元素从尾部插⼊cout<<" 第"<<x+1<<"次访问，页⾯"<<process[x]<<" 缺页中断调⼊页⾯"<<process[x]<<endl;} else //若数组中存在待插⼊元素 {maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素，回滚maxanalogblock值cout<<" 第"<<x+1<<"次访问，页⾯"<<process[x]<<" 已存在直接访问"<<endl;}} else //超过物理块数的元素 {if(judge(analogblock,mnum,process[x])==-1)//若数组中不存在待插⼊元素 {//队列法插⼊(尾部元素出，新元素从头部⼊)cout<<" 第"<<x+1<<"次访问，页⾯"<<process[x]<<" 缺页中断页⾯"<<process[x]<<"置换出页⾯"<<analogblock[0]<<endl; replace(process[x],mnum,analogblock[0]);//置换物理块中页⾯for (i=0;i<mnum-1;i++)LRU 页⾯置换算法：Linux 效果图（采⽤UOS + VScode + g++）程序框图C++代码(LRU)： analogblock[i]=analogblock[i+1];analogblock[mnum-1]=process[x];//////////////////maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素，回滚maxanalogblock 值count++;} else //若数组中存在待插⼊元素 {maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素，回滚maxanalogblock 值cout<<" 第"<<x+1<<"次访问，页⾯"<<process[x]<<" 已存在 直接访问"<<endl;}}}//读⼀个序列号，输出当前数组元素cout<<"真实物理块情况：";for (i=0;i<mnum;i++) {if(block[i]!=-1) cout<<block[i]<<" ";}cout<<"模拟物理块情况：";for (i=0;i<mnum;i++) {if(analogblock[i]!=-1)cout<<analogblock[i]<<" ";}cout<<endl<<"页⾯换算次数为："<<count<<endl;cout<<"置换率为："<<(float)count/pnum<<endl;return 0;}//g++ test71.cpp -o test71 -lpthread&&./test71#include<iostream>using namespace std;static int mnum;//物理块数static int pnum;//页⾯⾛向static int count=0;//页⾯置换次数static int *analogblock;//模拟物理块static int *block;//物理块static int *process;//随机页⾯访问序列int judge(int a[],int n,int x) //判断数组中是否已有x ，若有返回其下标值，没有则返回-1 {int i;for (i=0;i<n;i++)if(x==a[i])return i;return -1;}void replace(int y,int mnum,int x)//⽤于物理块页⾯置换，y是⽤来置换的页⾯，x是被置换的页⾯ { int i;for (i=0;i<mnum;i++)if(x==block[i])block[i]=y;}void move(int a[],int n,int i) //移动下标为i的元素到尾部 {int j;int m=a[i];for (j=i;j<n-1;j++)a[j]=a[j+1];a[n-1]=m;}int main() {int i;int maxanalogblock=-1;//模仿栈的定义int x;cout<<"请输⼊页框⼤⼩物理块数：\n";cin>>mnum;if(mnum>999999) {cout<<"输⼊超出控制⼤⼩！"<<endl;return 0;}cout<<"⾃动⽣成的内存块需求序列个数：\n";cin>>pnum;if(pnum>999999) {cout<<"输⼊超出控制⼤⼩！"<<endl;return 0;}analogblock=new int[mnum];block=new int[mnum];process=new int[pnum];for (i=0;i<mnum;i++) analogblock[i]=-1;///////////////////////随机产⽣页⾯⾛向序列cout<<"产⽣随机序列如下：\n";srand( (unsigned)time( NULL ) );//以time函数值（即当前时间）作为种⼦数，保证两次产⽣序列的随机性for (i=0; i<pnum; i++) {process[i] = rand()%10;cout<<process[i]<<" ";}cout<<endl;//////////////////////cout<<"最近最少使⽤(LRU)页⾯置换算法，结果： \n\n";//////////////////////for (x=0;x<pnum;x++) //⾃动读数 {//读⼀个序列号，输出当前数组元素cout<<"真实物理块情况：";for (i=0;i<mnum;i++) {if(block[i]!=-1)cout<<block[i]<<" ";}cout<<"模拟物理块情况：";for (i=0;i<mnum;i++) {if(analogblock[i]!=-1)cout<<analogblock[i]<<" ";}//////////////////////////maxanalogblock++;//读数后maxanalogblock⾃动+1LFU 页⾯置换算法：Linux 效果图（采⽤UOS + VScode + g++）程序框图 if(maxanalogblock<mnum) //若在物理块范围内 {if(judge(analogblock,mnum,process[x])==-1)//若数组中不存在待插⼊元素 {analogblock[maxanalogblock]=process[x];//新元素从尾部插⼊block[maxanalogblock]=process[x];//新元素从尾部插⼊cout<<" 第"<<x+1<<"次访问，页⾯"<<process[x]<<" 缺页中断 调⼊页⾯"<<process[x]<<endl;} else //若数组中存在待插⼊元素 {move(analogblock,maxanalogblock,judge(analogblock,mnum,process[x]));//移动下标为i 的元素到尾部maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素，回滚maxanalogblock 值cout<<" 第"<<x+1<<"次访问，页⾯"<<process[x]<<" 已存在 直接访问"<<endl;}} else //超过物理块数的元素 {if(judge(analogblock,mnum,process[x])==-1)//若数组中不存在待插⼊元素 {//栈法插⼊(第⼀个元素出，后⾯元素前移，新元素从尾部⼊)cout<<" 第"<<x+1<<"次访问，页⾯"<<process[x]<<" 缺页中断 页⾯"<<process[x]<<"置换出页⾯"<<analogblock[0]<<endl; replace(process[x],mnum,analogblock[0]);//物理块中页⾯置换for (i=0;i<mnum-1;i++)analogblock[i]=analogblock[i+1];analogblock[mnum-1]=process[x];//////////////////maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素，回滚maxanalogblock 值count++;} else //若数组中存在待插⼊元素 {move(analogblock,mnum,judge(analogblock,mnum,process[x]));//移动下标为i 的元素到尾部maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素，回滚maxanalogblock 值cout<<" 第"<<x+1<<"次访问，页⾯"<<process[x]<<" 已存在 直接访问"<<endl;}}}//读⼀个序列号，输出当前数组元素cout<<"真实物理块情况：";for (i=0;i<mnum;i++) {if(block[i]!=-1)cout<<block[i]<<" ";}cout<<"模拟物理块情况：";for (i=0;i<mnum;i++) {if(analogblock[i]!=-1)cout<<analogblock[i]<<" ";}cout<<endl<<"页⾯换算次数为："<<count<<endl;cout<<"置换率为："<<(float)count/pnum<<endl;return 0;}//g++ test72.cpp -o test72 -lpthread&&./test72C++代码(LFU)：#include<iostream>using namespace std;static int mnum;//物理块数static int pnum;//页⾯⾛向static int count=0;//页⾯置换次数static int **analogblock;//模拟物理块static int *block;//物理块static int *process;//随机页⾯访问序列int judge(int *a[],int n,int x) //判断数组中是否已有x，若有返回其下标值，没有则返回-1 {int i;for (i=0;i<n;i++)if(x==a[i][0])return i;return -1;}void replace(int y,int mnum,int x)//⽤于物理块页⾯置换，y是⽤来置换的页⾯，x是被置换的页⾯ { int i;for (i=0;i<mnum;i++)if(x==block[i])block[i]=y;}void move(int *a[],int n,int i) //移动下标为i的元素，⽐较访问次数次多少进⾏前进 {int j;int m=a[i][0];int m2=a[i][1];for (j=i;j<n-1;j++) {if(m2>=a[j+1][1]) {a[j][0]=a[j+1][0];a[j][1]=a[j+1][1];a[j+1][0]=m;a[j+1][1]=m2;}}}int main() {int i;int maxanalogblock=-1;//模仿栈的定义int x;//动态数组初始化cout<<"请输⼊页框⼤⼩物理块数：\n";cin>>mnum;if(mnum>999999) {cout<<"输⼊超出控制⼤⼩！"<<endl;return 0;}cout<<"⾃动⽣成的内存块需求序列个数：\n";cin>>pnum;if(pnum>999999) {cout<<"输⼊超出控制⼤⼩！"<<endl;return 0;}analogblock=(int**) (new int[mnum]);block=new int[mnum];process=new int[pnum];for (i=0;i<mnum;i++) analogblock[i]=(int*) new int[2];//⽤于保存页⾯号和访问次数for (i = 0; i < mnum; i++) {analogblock[i][0]=-1;analogblock[i][1]=0;}///////////////////////随机产⽣页⾯⾛向序列cout<<"产⽣随机序列如下：\n";srand( (unsigned)time( NULL ) );//以time函数值（即当前时间）作为种⼦数，保证两次产⽣序列的随机性for (i=0; i<pnum; i++) {process[i] = rand()%10;cout<<process[i]<<" ";}cout<<endl;//////////////////////cout<<"最近最不常使⽤(LFU)页⾯置换算法，结果： \n\n";//////////////////////for (x=0;x<pnum;x++) //⾃动读数 {//读⼀个序列号，输出当前数组元素cout<<"真实物理块情况：";for (i=0;i<mnum;i++) {if(block[i]!=-1)cout<<block[i]<<" ";}cout<<"模拟物理块情况：";for (i=0;i<mnum;i++) {if(analogblock[i][0]!=-1)cout<<analogblock[i][0]<<" ";//<<"访问次数"<<analogblock[i][1]<<" "}//////////////////////////maxanalogblock++;//读数后maxanalogblock⾃动+1if(maxanalogblock<mnum) //若在物理块范围内 {if(judge(analogblock,mnum,process[x])==-1)//若数组中不存在待插⼊元素 {analogblock[0][0]=process[x];//新元素从头部插⼊analogblock[0][1]=1;block[maxanalogblock]=process[x];//新元素从尾部插⼊move(analogblock,mnum,0);//移动下标为i的元素到相同访问次数页⾯的顶部cout<<" 第"<<x+1<<"次访问，页⾯"<<process[x]<<" 缺页中断调⼊页⾯"<<process[x]<<endl;} else //若数组中存在待插⼊元素 {// move(analogblock,maxanalogblock,judge(analogblock,mnum,process[x]));//移动下标为i的元素到尾部analogblock[judge(analogblock,mnum,process[x])][1]++;move(analogblock,mnum,judge(analogblock,mnum,process[x]));//移动下标为i的元素到相同访问次数页⾯的顶部maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素，回滚maxanalogblock值cout<<" 第"<<x+1<<"次访问，页⾯"<<process[x]<<" 已存在直接访问"<<endl;}} else //超过物理块数的元素 {if(judge(analogblock,mnum,process[x])==-1)//若数组中不存在待插⼊元素 {//栈法插⼊(新元素从头部⼊，替换掉头部)cout<<" 第"<<x+1<<"次访问，页⾯"<<process[x]<<" 缺页中断页⾯"<<process[x]<<"置换出页⾯"<<analogblock[0][0]<<endl; replace(process[x],mnum,analogblock[0][0]);//物理块中页⾯置换analogblock[0][0]=process[x];analogblock[0][1]=1;move(analogblock,mnum,0);//移动下标为i的元素相同访问次数页⾯的顶部//////////////////maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素，回滚maxanalogblock值count++;} else //若数组中存在待插⼊元素 {analogblock[judge(analogblock,mnum,process[x])][1]++;move(analogblock,mnum,judge(analogblock,mnum,process[x]));//移动下标为i的元素到相同访问次数页⾯的顶部maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素，回滚maxanalogblock值cout<<" 第"<<x+1<<"次访问，页⾯"<<process[x]<<" 已存在直接访问"<<endl; }}}//读⼀个序列号，输出当前数组元素cout<<"真实物理块情况：";for (i=0;i<mnum;i++) {if(block[i]!=-1)cout<<block[i]<<" ";}cout<<"模拟物理块情况：";for (i=0;i<mnum;i++) {if(analogblock[i][0]!=-1)cout<<analogblock[i][0]<<" ";}cout<<endl<<"页⾯换算次数为："<<count<<endl;cout<<"置换率为："<<(float)count/pnum<<endl;return 0;}//g++ test73.cpp -o test73 -lpthread&&./test73。
操作系统虚拟内存与页面置换在计算机的操作系统中，虚拟内存与页面置换是两个重要的概念和技术。
虚拟内存是一种将计算机的物理内存与外部存储器（如硬盘）结合起来使用的技术，而页面置换是用于管理虚拟内存的一种机制。
一、虚拟内存的概念与作用虚拟内存是一种计算机操作系统使用的内存管理技术，在物理内存不足的时候，通过将部分数据存储到磁盘上，以满足程序运行的需要。
虚拟内存可以为每个进程提供独立的地址空间，使得每个进程拥有连续的内存地址。
这样，每个进程都可以认为自己独占计算机的全部内存。
虚拟内存的好处是可以更高效地利用计算机的内存资源，提高系统的整体性能。
通过将不常用的数据存储到磁盘上，释放出更多的物理内存供其他进程使用。
同时，虚拟内存还可以提供给进程一个比实际物理内存更大的地址空间，从而可以运行更大的程序。
二、虚拟内存的实现原理虚拟内存的实现主要分为两个步骤：内存分页和页面置换。
1. 内存分页：操作系统将进程的地址空间划分为固定大小的页，并将这些页映射到物理内存或磁盘上。
每个页的大小通常为4KB或者8KB。
当进程访问一个尚未分配到物理内存中的页时，会引发一个缺页错误。
2. 页面置换：当发生缺页错误时，操作系统需要将一个物理内存中的页替换出去，以腾出空间给将要调入的页。
页面置换算法决定了哪个页将会被替换出去。
常见的页面置换算法有先进先出（FIFO）、最近最久未使用（LRU）等。
三、页面置换算法的选择选择合适的页面置换算法对于系统的性能至关重要。
不同的页面置换算法有不同的性能特点，适用于不同的场景。
以下是几种常见的页面置换算法：1. 先进先出（FIFO）算法：该算法将最早进入内存的页替换出去，没有考虑到页的访问频率和重要性。
2. 最近最久未使用（LRU）算法：该算法根据页的最近使用情况进行置换，将最长时间未被使用的页替换出去。
这种算法能够更好地利用程序的局部性原理。
3. 时钟（Clock）算法：该算法综合了先进先出和最近最久未使用算法的优点。
操作系统：Java实现页⾯置换算法（OPT,FIFO,LRU）前⾔代码有很多冗余，因为是写作业时写的，不过代码简单易懂，看看就可以改了。
置换算法介绍页⾯置换算法（也称为页⾯淘汰算法）是⽤来选择换出页⾯的算法。
在请求页式存储管理⽅式中，由于⼀个进程运⾏的时候不是所有的页⾯都在内存中，所以会出现缺页中断。
当缺页的时候内存没有空闲的物理块时就需要换出内存中的⼀页，具体换出哪⼀页⾯是由页⾯置换算法决定的，页⾯置换算法的优劣直接影响到系统的效率要注意把页⾯置换和连续分配⽅式中的交换区别开来，页⾯置换的单位是页⾯⽽不是整个进程，交换的单位是整个进程当发⽣缺页中断后，系统不⼀定会执⾏页⾯置换算法。
因为发⽣缺页中断仅仅说明需要执⾏的页⾯没有在内存中，如果内存空间中还有空闲块的话，只需要⽤缺页中断处理程序把需要的页⾯从外存调⼊内存即可。
不需要页⾯置换算法：只有内存中没有空闲块的时候才需要页⾯置换算法。
所以，缺页中断不⼀定导致执⾏页⾯置换算法。
1. 最佳置换算法（OPT）在预知⼀个进程的页⾯号引⽤串的情况下，每次都淘汰以后不再使⽤的或以后最迟再被使⽤的页⾯，这种算法就是最佳置换算法显然，最佳置换算法是最优的，具有最低的缺页率。
但由于实际操作中往往⽆法事先知道以后会引⽤到所有页⾯的信息，所以最佳置换算法⽆法实现，只能作为⼀个标准来衡量其他置换算法的优劣2. 先进先出算法（FIFO）FIFO算法是最简单的页⾯置换算法，每次总是淘汰最先进⼊内存的页⾯，也就是将在内存存驻留时间最长的页⾯淘汰掉该算法实现简单，⽤⼀个队列的数据结构就可以实现，将页⾯按照次序排成⼀个队列，并设置指针指向最先进⼊的页⾯，每次需要淘汰页⾯时，将指针所指的页⾯淘汰即可，不过FIFO算法可能会产⽣Belady⼀场（缺页次数随着分配的物理块号的增加⽽增加），⽽且由于FIFO算法与进程实际运⾏规律不符，可能会选择淘汰程序经常使⽤的界⾯，实际效果不好3. 最近最少使⽤算法（LRU）选择最近最久没有被使⽤的页⾯予以淘汰，其思想是⽤以前的页⾯引⽤情况来预测将来会出现页⾯引⽤情况，也就是假设⼀个页⾯刚被访问，那么不久该页⾯还会被访问。
实验五虚拟内存页面置换算法1、实验目的通过这次实验，加深对虚拟内存页面置换概念的理解，进一步掌握先进先出FIFO、最佳置换OPI和最近最久未使用LRU页面置换算法的实现方法。
2、试验内容问题描述：设计程序模拟先进先出FIFO、最佳置换OPI和最近最久未使用LRU页面置换算法的工作过程。
假设内存中分配给每个进程的最小物理块数为m，在进程运行过程中要访问的页面个数为n，页面访问序列为P1, … ,P n，分别利用不同的页面置换算法调度进程的页面访问序列，给出页面访问序列的置换过程，计算每种算法缺页次数和缺页率。
3、程序要求：1）利用先进先出FIFO、最佳置换OPI和最近最久未使用LRU 三种页面置换算法模拟页面访问过程。
2）模拟三种算法的页面置换过程，给出每个页面访问时的内存分配情况。
3）输入：最小物理块数m，页面个数n，页面访问序列P1, … ,P n，算法选择1-FIFO，2-OPI，3-LRU。
4）输出：每种算法的缺页次数和缺页率。
4、需求分析(1) 输入的形式和输入值的范围算法选择物理块数页面个数页面访问序列P1, …,Pn(2) 输出的形式每种算法的缺页次数和缺页率(3)测试用例引用率70 7701712210323042432303212120177101页框(物理块）2 0 3引用率70 7701712210323104432303211320177201页框23424232312712711引用率70 7701712210323044323032113220171701页框4243232125、调试分析通过二次编程，又一次加深了对先进先出（FIFO）页面置换算法，最佳（OPI）置换算法，最近最久未使用（LRU）置换算法的理解。
同时，也掌握了一些使界面输出看起来更工整的办法。
还有，在平时做作业的时候，总是默认为物理块数是3，其实只是比较常用而已，并不是每次都是3.这个在编程中有体现，在今后做题中会更注意。
6、测试结果(1)先进先出FIFO页面置换算法输入输出(2)最佳页面OPI置换算法输入输出(3)最近最久未使用LRU置换算法输入输出7、附录(java)package experiment;import java.io.BufferedInputStream;import java.io.FileInputStream;import java.io.FileNotFoundException;import java.util.Scanner;public class E_PageDisplace {private static int MaxNumber = 100;// 页面序列P1, … ,Pn，private static int PageOrder[] = new int[MaxNumber];// 模拟页面置换过程private static int Simulate[][] = new int[MaxNumber][MaxNumber];//private static int PageCount[] = new int[MaxNumber];// 页面数private static int PageNum;// 缺页数private static int LackNum;// 缺页率private static double LackPageRate;private static boolean found;// 物理块数量private static int BlockNum;// NULL的int标记private static int NULL=-1;// for循环用到变量private static int i;private static int j;private static int k;// 算法选择// 1-先进先出FIFO页面置换算法// 2-最佳页面OPI置换算法// 3-最近最久未使用LRU置换算法private static int option = 0;private static Scanner stdin;public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException { // 输入数据input();// 算法选择//算法选择\n FIFO: 输入'1'\n OPI: 输入'2'\n LRU: 输入'3'\n exit: 输入'4'\n";\switch(option){case 1:System.out.println("先进先出FIFO页面置换算法：");FIFO();output();break;case 2:System.out.println("最佳页面OPI置换算法：");OPI();output();break;case 3:System.out.println("最近最久未使用LRU置换算法：");LRU();output();break;default:System.out.println("你的输入有问题请重新输入！");break;}}// 输入数据public static void input() throws FileNotFoundException {BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream( "./file/05"));System.setIn(in);stdin = new Scanner(System.in);// 算法选择// 1-先进先出FIFO页面置换算法// 2-最佳页面OPI置换算法// 3-最近最久未使用LRU置换算法option = stdin.nextInt();// 物理块数BlockNum = stdin.nextInt();// 页面个数PageNum = stdin.nextInt();// 页面访问序列P1, … ,Pnfor (i = 0; i < PageNum; i++) {PageOrder[i] = stdin.nextInt();}}///public static void original(){for(i=0;i<PageNum;i++){for(j=0;j<BlockNum;j++){Simulate[i][j]=NULL;}}LackNum=1;}//先进先出:最早出现的置换算法，总是淘汰最先进入内存的页面。
public static void FIFO(){original();Simulate[0][0]=PageOrder[0];int temp=0,flag=0;for(i=1;i<PageNum;i++){//判断该页面是否存在内存中for(j=0;j<BlockNum;j++){if(PageOrder[i]==Simulate[flag][j])break;}if(j==BlockNum){//该页面不在内存中for(k=0;k<BlockNum;k++){//模拟置换过程if(Simulate[flag][k]==NULL)break;elseSimulate[i][k]=Simulate[flag][k];}//淘汰最先进入内存的页面temp++;temp=temp%BlockNum;Simulate[i][temp]=PageOrder[i];LackNum++;flag=i;}//该页面在内存中elsecontinue;}}//最佳置换:选择的被淘汰的页面都是以后永不使用或者在最长（未来）时间内不被访问的页面。
public static void OPI(){original();Simulate[0][0]=PageOrder[0];int temp,flag=0;//flag表示上一个模拟内存的下标for(i=1;i<PageNum;i++){//判断该页面是否存在内存中for(j=0;j<BlockNum;j++){if(PageOrder[i]==Simulate[flag][j])break;}//j!=BlockNum表示该页面已经在内存中if(j!=BlockNum)continue;//模拟置换过程for(k=0;k<BlockNum;k++){if(Simulate[flag][k]==NULL)break;elseSimulate[i][k]=Simulate[flag][k];}//内存中页面进行选择//两种情况：内存已满和内存未满for(j=0;j<BlockNum;j++){if(Simulate[i][j]==NULL){Simulate[i][j]=PageOrder[i];LackNum++;flag=i;break;}}if(j!=BlockNum)//内存未满continue;//内存已满temp=0;//temp表示要置换的页面内存下标for(j=0;j<BlockNum;j++){//选取要置换的页面内存下标for(k=i+1;k<PageNum;k++){//最长时间内不被访问的页面if(Simulate[i][j]==PageOrder[k]){PageCount[j]=k;break;}}if(k==PageNum)//之后没有进行对该页面的访问PageCount[j]=PageNum;if(PageCount[temp]<PageCount[j]){temp=j;}}Simulate[i][temp]=PageOrder[i];LackNum++;flag=i;}}//最近最久未使用:LRU算法选择最近最久未使用的页面予以淘汰。
public static void LRU(){original();Simulate[0][0]=PageOrder[0];int temp,flag=0;//flag表示上一个模拟内存的下标PageCount[0]=0;//最近的页面下标for(i=1;i<PageNum;i++){//判断该页面是否存在内存中for(j=0;j<BlockNum;j++){if(PageOrder[i]==Simulate[flag][j]){PageCount[j]=i;break;}}//j!=BlockNum表示该页面已经在内存中if(j!=BlockNum)continue;//模拟置换过程for(k=0;k<BlockNum;k++){if(Simulate[flag][k]==NULL)break;elseSimulate[i][k]=Simulate[flag][k];}//内存中页面进行选择//两种情况：内存已满和内存未满for(j=0;j<BlockNum;j++){if(Simulate[i][j]==NULL){//内存未满Simulate[i][j]=PageOrder[i];PageCount[j]=i;LackNum++;flag=i;break;}}if(j!=BlockNum)continue;//内存已满temp=0;//temp表示要置换的页面内存下标for(j=0;j<BlockNum;j++){//最近最久时间内不被访问的页面if(PageCount[temp]>PageCount[j])temp=j;}Simulate[i][temp]=PageOrder[i];PageCount[temp]=i;LackNum++;flag=i;}}//模拟三种算法的页面置换过程，//给出每个页面访问时的内存分配情况//每种算法的缺页次数和缺页率。
