页面置换算法是操作系统中的核心组件，用于管理计算机的内存系统，确保系统高效运行。在实际操作系统中，物理内存的大小通常远远小于虚拟地址空间，因此需要合理的算法来管理物理内存，当程序运行时所需的页面不在内存中时，选择将哪个页面置换出去，以便加载新页面。FIFO、LRU、OPT、NUR和LFU是五种典型的页面置换算法，它们各自具有不同的特点和适用场景。 FIFO（First-In-First-Out）算法是最早出现的页面置换算法，基于先进先出的原则，假设最早装入内存的页面不再被使用，因此当需要替换时，FIFO会置换最早进入内存的页面。该算法实现简单，但可能会导致“Belady异常”，即在某些情况下，增加内存页面反而使得缺页率增加。 LRU（Least Recently Used）算法基于一个假设：如果一个页面很久没有被访问，那么在未来它也不太可能被访问。因此，LRU算法总是淘汰最长时间未被访问的页面。LRU算法能够较好地反映程序的局部性原理，但实现成本较高，特别是在实际操作中，需要维护一个访问记录链表。 OPT（Optimal）算法是一种理想化的算法，它总是淘汰未来最长时间内不会被访问的页面，因此它能保证最低的缺页率。然而，由于OPT需要预知未来的页面访问序列，因此在实际中无法直接使用。不过，OPT常常作为评估其他页面置换算法的标准。 NUR（Not Recently Used）算法是LRU算法的一种近似，通过维护两个列表来区分页面的使用情况：一个用于记录最近使用的页面，另一个用于记录未使用的页面。在选择页面替换时，NUR算法会优先考虑两个列表中都未出现的页面进行置换，这降低了实现的成本，同时避免了频繁扫描整个内存的开销。 LFU（Least Frequently Used）算法则基于一个假设：一个页面在最近一段时间内被访问的频率较低，那么在未来一段时间内它被访问的频率也可能会保持较低。因此，LFU算法淘汰访问频率最低的页面。LFU算法可能会受到历史数据的影响，特别是在程序访问模式发生变化时，可能无法正确反映当前的页面使用情况。 在上述实验报告中，学生们需要通过随机数产生指令序列，模拟不同页面访问模式。指令序列需要转换为页地址流，并且设置不同的用户内存容量，然后通过编写函数来计算FIFO、LRU、OPT、NUR和LFU五种页面置换算法在不同内存容量下的命中率。通过这些实验步骤，学生不仅能够加深对页面置换算法的理解，还能学会如何通过编程实现这些算法，并评估它们的性能。 实验的步骤包括定义数据结构、初始化变量、编写核心函数来模拟算法流程，最终输出不同算法在不同内存容量下的命中率。其中，数据结构包括页面结构、页帧控制结构、指令流数组、页面失效次数和用户进程内存页帧数等，核心函数涉及页面的装入、缺页判断、页面置换和命中率计算等。 页面置换算法是操作系统中用于内存管理的关键技术，通过理解并实现FIFO、LRU、OPT、NUR和LFU等算法，可以有效提升计算机系统的性能和效率。而通过设计性实验，可以更加直观地了解这些算法的实现细节和性能差异，为系统设计和优化提供重要参考。

模拟页面置换算法，通过随机产生序列对其用FIFO LRU LFU OPT进行置换并输出置换结果

LFU算法LFU算法LFU算法LFU算法LFU算法

Visual Studio 2019 功能 (1) 输入一个逻辑页面访问序列和随机产生逻辑页面访问序列，由四个线程同时完成每个算法； //(2) 能够设定驻留内存页面的个数； (3) 能够随机输入存取的逻辑页面的页号序列； (4) 能够随机产生存取的逻辑页面的页号序列； //(5) 能够设定页号序列中逻辑页面个数和范围； (6) 提供良好图形界面，同时能够展示四个算法运行的结果； (7) 给出每种页面置换算法每个页面的存取时间； (8) 能够将每次的实验输入和实验结果存储起来，下次运行时或以后可查询； (9) 完成多次不同设置的实验，总结实验数据，看看能得出什么结论。

操作系统页面置换算法模拟实现，fifo、lfu、lru、opt，界面由MFC实现

进程调度算法：采用（1）近期最少使用（LFU）算法（2）时间片轮转法 1) 实现请求分页存储管理方式的页面置换算法：近期最少使用算法（LFU） 2) 内存物理块数固定为15个，对多个作业采用可变分配全局置换的策略分配物理块 3) 作业数量与作业大小（10-20页）可在界面进行设置 4) 所有作业按RR算法进行调度，时间片长度为1秒 5) 可为每个作业随机产生引用的页面串，也可以人工输入引用的页面串，页面串长度50---100，要求必须包括作业所有的页面，可作为样例数据保存 6) 可读取样例数据（要求存放在外部文件中）进行作业数量、作业大小、页面串长度的初始化 7) 要求采用可视化界面，模拟内存分配和使用情况图，可在运行过程中随时暂停，查看当前内存物理块使用情况。 8) 每次全部作业运行结束后，要求打印出访问命中率

存储管理中页面置换算法性能测试 要求：设系统采用固定分配局部置换的存储分配策略，编写仿真程序对下述页面 置换算法进行性能测试，并对结果进行分析和比较。 (1) 最佳适应(Optimal)页面置换算法； (2) 先进先出(FIFO)页面置换算法； (3) 最近最久未使用(LRU)页面置换算法； (4) 最少使用(LFU)页面置换算法。 要求可适用于键盘输入和自动产生随机页面走向序列两种数据输入方式。

图形化模拟内存中的FIFO，LRU，LFU存储管理，基于python实现

基于C++语言编写的LFU算法

OPT算法、FIFO算法、LRU算法、LFU算法的具体实现