模拟请求段式存储管理--FIFO
操作系统复习题
1. 关于操作系统，下列叙述不正确的是（ D ）。
A. 管理系统资源B. 控制程序执行C. 改善人机界面D. 提高用户软件运行速度2. 以下哪个系统不是基本的操作系统（ C ）。
A. 分时操作系统B. 实时操作系统C. 分布式操作系统D. 多道批处理系统3. 在（ A）的控制下，计算机系统能及时处理由过程控制反馈的数据，并作出响应。
A. 批处理操作系统B. 实时操作系统C. 分时操作系统D. 多处理机操作系统4. 多项选择：引入多道程序设计的主要目的在于（）。
A. 提高实时响应速度B. 充分利用处理机，减少机空闲时间C. 有利于代码共享D. 充分利用外围设备E、减少存储器碎片5. 设计实时操作时（ B ）不是主要的追求目标。
A. 安全可靠B. 资源利用率C. 及时响应D. 快速处理6. 多项选择：操作系统设计目标是（ ACD）。
A. 管理系统资源B. 提高安全性C. 方便用户使用系统D. 使系统能高效工作*7. 多道程序设计是指（）。
A. 在实时系统中并发运行多个程序B. 在分布式系统中同一时刻运行多个程序C. 在一台处理机上同一时刻运行多个程序D. 在一台处理机上并发运行多个程序8. 计算机中配置操作系统属于（ B ）。
A. 增强计算机系统功能B. 提高系统资源利用率C. 提高系统运行速度D. 提高系统呑吐量9. 在下列性质中，不是分时系统的特点的是（D）。
A. 多路性B. 交互性C. 独占性D. 成批性10. 操作系统中采用多道程序设计技术是将多个作业存放在内存中，使它们处于运行状态，提高了CPU和外部设备的（ A ）。
A. 利用率B. 可靠性C. 稳定性D. 兼容性11. 当CPU执行操作系统代码时，称处理机处于（ B ）。
A. 自由态B. 目态C. 管态D. 就绪态12. 从目态到管态的转换是由( A )完成的。
A. 硬件B. 管态程序C. 用户程序D. 中断处理程序*从目态到管态的转换是执行访管指令，引起一次中断，触发中断后，硬件中断机制将计算机状态置为管态。
fifo算法和lru算法
fifo算法和lru算法FIFO算法和LRU算法是计算机领域中两种常用的置换算法，它们被广泛应用于操作系统和缓存管理中。
本文将详细介绍FIFO算法和LRU算法的原理、应用场景以及优缺点，并比较它们在不同场景下的性能表现。
一、FIFO算法FIFO算法（First-In-First-Out）是一种简单直观的置换算法，它根据页面调入内存的先后顺序，选择最早进入内存的页面进行置换。
具体而言，当系统需要为新的页面腾出空间时，FIFO算法会选择最早进入内存的页面进行替换，以此保证内存空间的有效利用。
FIFO算法的工作原理如下：1. 系统维护一个页面队列，用于记录页面进入内存的顺序。
2. 当新的页面需要调入内存时，系统将其加入页面队列的末尾。
3. 当页面置换发生时，FIFO算法选择队列中最早进入内存的页面进行替换，即选择队列中的第一个页面。
FIFO算法的优点是简单且易于实现，适用于实时应用场景和对页面访问顺序没有严格要求的场景。
然而，FIFO算法也存在一些缺点。
首先，它无法利用页面的访问频率信息进行优化，导致可能会把频繁被访问的页面置换出去。
其次，FIFO算法对于长时间保留在内存中的页面和短时间仅被访问一次的页面一视同仁，无法根据页面的使用模式进行智能调整。
二、LRU算法LRU算法（Least Recently Used）是一种基于页面访问模式的置换算法，它根据页面最近被访问的时间顺序，选择最长时间未被访问的页面进行置换。
具体而言，当系统需要为新的页面腾出空间时，LRU算法会选择最长时间未被访问的页面进行替换，以此提高缓存命中率。
LRU算法的工作原理如下：1. 系统维护一个页面访问历史链表，用于记录页面的访问顺序。
2. 当页面被访问时，系统将其移动到链表的末尾。
3. 当页面置换发生时，LRU算法选择链表中最早进入的页面进行替换，即选择链表中的第一个页面。
LRU算法的优点是能够较好地适应页面访问模式，并做出相应调整。
OPT、FIFO、LRU算法的实现
OPT、FIFO、LRU算法的实现⼀、实验⽬的1. 了解虚拟存储技术的特点，掌握虚拟存储请求页式存储管理中⼏种基本页⾯置换算法的基本思想和实现过程，并⽐较它们的效率。
2. 了解程序设计技术和内存泄露的原因⼆、实验内容模拟实现请求页式存储管理的⼏种基本页⾯置换算法最佳淘汰算法（OPT）先进先出的算法（FIFO）最近最久未使⽤算法（LRU）三、实验原理1. 虚拟存储系统UNIX中，为了提⾼内存利⽤率，提供了内外存进程对换机制；内存空间的分配和回收均以页为单位进⾏；⼀个进程只需将其⼀部分（段或页）调⼊内存便可运⾏；还⽀持请求调页的存储管理⽅式。
当进程在运⾏中需要访问某部分程序和数据时，发现其所在页⾯不在内存，就⽴即提出请求（向CPU发出缺中断），由系统将其所需页⾯调⼊内存。
这种页⾯调⼊⽅式叫请求调页。
为实现请求调页，核⼼配置了四种数据结构：页表、页框号、访问位、修改位、有效位、保护位等。
2. 页⾯置换算法当CPU接收到缺页中断信号，中断处理程序先保存现场，分析中断原因，转⼊缺页中断处理程序。
该程序通过查找页表，得到该页所在外存的物理块号。
如果此时内存未满，能容纳新页，则启动磁盘I/O将所缺之页调⼊内存，然后修改页表。
如果内存已满，则须按某种置换算法从内存中选出⼀页准备换出，是否重新写盘由页表的修改位决定，然后将缺页调⼊，修改页表。
利⽤修改后的页表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。
整个页⾯的调⼊过程对⽤户是透明的。
最佳淘汰算法（OPT）：选择永不使⽤或在未来最长时间内不再被访问的页⾯予以替换。
先进先出的算法（FIFO）：选择在内存中驻留时间最久的页⾯予以替换。
最近最久未使⽤算法（LRU）：选择过去最长时间未被访问的页⾯予以替换。
3. ⾸先⽤srand( )和rand( )函数定义和产⽣指令序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，并针对不同的算法计算出相应的命中率。
（1）通过随机数产⽣⼀个指令序列，共320条指令。
fifo控制流程 -回复
fifo控制流程-回复FIFO（First-In-First-Out）控制流程是一种用于管理和处理数据的算法，其中最先进入系统的数据首先被处理。
这篇文章将深入探讨FIFO控制流程，并详细阐述其背后的原理和应用。
首先，让我们了解一下FIFO控制流程的背景。
在计算机科学领域，FIFO 是一种广泛应用的数据结构，用于管理和处理数据队列。
FIFO队列的特点是，最早到达队列的数据将首先被处理，即先进先出的原则。
FIFO控制流程在各种应用中都得到了广泛的应用。
例如，在操作系统中，FIFO控制流程用于管理进程调度。
当多个进程同时请求使用CPU资源时，操作系统根据FIFO原则将这些进程排队，并按照他们到达的顺序依次分配CPU时间片给予调度。
在现代网络通信中，FIFO控制流程也扮演着重要的角色。
例如，在路由器中，FIFO控制流程被用于管理数据包的传输。
当多个数据包同时到达路由器时，FIFO控制流程保证数据包按照到达的先后顺序进行处理和转发。
FIFO控制流程的实现通常依赖于队列数据结构。
队列是一种线性数据结构，采用先进先出的原则。
数据元素只能在队列的一端进入（称为队尾），而在另一端出队（称为队头）。
这样，当新的数据进入队列时，它们被添加到队尾，而队头的数据被提取出来。
在FIFO控制流程中，队列的常用操作包括入队（enqueue）和出队（dequeue）。
入队操作将新的数据元素添加到队列的末尾；而出队操作则将队头的数据元素删除并返回。
让我们进一步解释FIFO控制流程是如何工作的。
假设有一组需要处理的数据，我们可以使用队列数据结构保存这些数据。
当产生新的数据时，我们将其入队，同时确保早期到达的数据保留在队列的前面。
当我们准备处理数据时，我们从队头出队一个数据元素进行处理。
通过这种方式，我们保证了最早到达的数据首先被处理。
一旦处理完成，我们可以将该数据元素从队列中删除，然后继续处理下一个数据元素。
FIFO控制流程的实际应用非常广泛。
FIFO的实现范文
FIFO的实现范文FIFO（First-In-First-Out）是一种常用的数据结构，它的特点是先进先出，就像人们排队等候一样。
FIFO的实现可以通过数组或链表来完成。
1.数组实现FIFO：数组实现FIFO非常简单，可以利用一个数组和两个指针来实现。
一个指针指向队列的头部，即队列中的第一个元素，另一个指针指向队列的尾部，即队列中最后一个元素的下一个位置。
具体实现步骤如下：1）定义一个固定大小的数组，用于存储队列中的元素；2）定义两个变量head和tail，分别表示队列的头部和尾部；3）在入队操作中，首先判断队列是否已满，如果已满则不能入队；否则，将元素添加到tail所指向的位置，并将tail向后移动一位；4）在出队操作中，首先判断队列是否为空，如果为空则不能出队；否则，将head所指向的元素移除，并将head向后移动一位；5）当head和tail指针重合时，表示队列为空。
示例代码如下：```pythonclass Queue:def __init__(self, capacity):self.capacity = capacityself.queue = [None] * capacityself.head = 0self.tail = 0def is_empty(self):return self.head == self.taildef is_full(self):return (self.tail + 1) % self.capacity == self.head def enqueue(self, item):if self.is_full(:return Falseself.queue[self.tail] = itemself.tail = (self.tail + 1) % self.capacityreturn Truedef dequeue(self):if self.is_empty(:return Noneitem = self.queue[self.head]self.head = (self.head + 1) % self.capacityreturn itemdef size(self):if self.tail >= self.head:return self.tail - self.headelse:return self.capacity - self.head + self.tail```2.链表实现FIFO：链表实现FIFO也比较简单，只需要保持链表的头部和尾部指针，并在入队和出队操作时更新这两个指针即可。
FIFO的定义与作用
FIFO的定义与作用FIFO（First In, First Out）又称为先进先出，是一种常见的数据结构和算法。
它的定义是，最先进入的元素首先被处理或取出，而最后进入的元素则最后被处理或取出。
1.内存管理：在操作系统中，FIFO被用于内存页面的管理。
当内存不足以容纳所有的页面时，操作系统使用FIFO算法来确定要被置换出的页面。
最早进入内存的页面将被置换出，以便给新的页面腾出空间。
2.磁盘调度：在磁盘调度算法中，FIFO被用来决定磁盘上的读写操作的顺序。
最早发出请求的读写操作将首先被处理，以减少磁盘的寻道时间。
3.缓存管理：在计算机网络中，FIFO常被用于缓存的管理。
当缓存空间不足时，最早进入缓存的内容将被替换出去以腾出空间。
4.队列：FIFO常表现为队列的形式，用于处理和管理队列中的任务。
任务的提交和执行顺序遵循先进先出的原则。
队列在操作系统、操作研究和计算机网络中广泛应用。
5.互斥锁：在并发编程中，FIFO常被用于实现互斥锁。
当多个线程或进程同时请求同一个资源时，FIFO可以保证资源的有序分配，避免使用随机方法导致的优先级倒置问题。
6.数据缓冲：在嵌入式系统和实时系统中，FIFO被用于数据缓冲。
数据流经过FIFO缓冲区，可以平衡系统中不同速度的数据读写和处理的能力。
总结来说，FIFO是一种重要的数据结构和算法，具有广泛的应用场景。
它在内存管理、磁盘调度、缓存管理、任务调度、互斥锁、数据缓冲等方面的应用都起到了重要的作用。
通过先进先出的原则，FIFO可以提高资源的利用效率，减少等待时间，并且可以保证分配的公平性。
在实际应用中，根据具体情况选择合适的FIFO实现算法和数据结构，能够有效地提高系统性能和响应速度。
简述 fifo 使用场景和使用方法
FIFO使用场景和使用方法介绍FIFO（First In, First Out）是一种有序列表的数据结构，其中首先进入的元素会被最先取出，类似于队列的工作原理。
FIFO常用于多线程或多进程的应用程序中，用于实现线程间或进程间的数据共享和通信。
FIFO的使用场景FIFO的使用场景很广泛，特别是在并发编程和多线程环境中，下面列举了一些常见的使用场景：1. 生产者-消费者模型生产者-消费者模型是一种常见的并发编程模式，其中生产者线程将数据放入FIFO 队列，而消费者线程则从队列中取出数据进行处理。
这种模型可以实现数据的生产与消费之间的解耦，提高程序的健壮性和效率。
2. 进程间通信在多进程的应用程序中，不同进程之间需要进行数据的传输和共享。
FIFO可以作为进程间通信的一种方式，一个进程将数据写入FIFO队列，而另一个进程则通过读取队列获取数据。
这种方式可以实现进程间的数据交换和共享，避免了复杂的进程间通信机制。
3. 网络编程在网络编程中，FIFO可以用于实现数据的传输和协调。
例如，多个客户端连接到服务器并发送数据，服务器通过FIFO队列接收并处理这些数据，从而实现了多个客户端与服务器之间的数据交互。
4. 缓存FIFO可以作为缓存的一种实现方式，适用于需要按照特定顺序处理数据的场景。
例如，在图像处理中，可以使用FIFO队列存储待处理的图像数据，然后逐个取出进行处理，确保按照先进先出的顺序处理图像。
FIFO的使用方法1. 创建FIFO队列首先，需要创建一个FIFO队列，可以使用系统调用函数（如mkfifo）创建一个命名管道，或者使用编程语言提供的FIFO类或库函数创建一个内存中的FIFO队列。
2. 向FIFO队列写入数据使用write系统调用函数（或编程语言提供的写入方法），将数据写入FIFO队列。
写入的数据会按照写入的顺序被存储在队列中，等待被读取和处理。
3. 从FIFO队列读取数据使用read系统调用函数（或编程语言提供的读取方法），从FIFO队列中读取数据。
最经典的FIFO原理
最经典的FIFO原理FIFO（First-In-First-Out）原则是一种常用的队列调度算法，它遵循先进先出的原则。
也就是说，先进入队列的任务将首先被处理，后进入队列的任务将被推迟处理。
FIFO原则适用于各种情况，包括操作系统中的进程调度、存储器管理，以及网络传输中的数据包排队等。
FIFO原则的基本思想是使用一个队列来存储任务。
当一个任务到达时，它被放置在队列的末尾。
而当一个任务被处理完成后，它将从队列的头部被移除，以便下一个任务可以被处理。
这样，队列中任务的顺序始终保持不变，就会按照先进先出的原则进行处理。
FIFO原则的一个典型应用是在操作系统中的进程调度。
当多个进程同时请求处理器时间时，操作系统需要决定哪个进程将被执行。
FIFO原则可以被用来解决这个问题。
每当一个进程请求处理器时间时，它将被放置在一个就绪队列中。
当当前运行的进程完成后，下一个任务将从队列的头部被选出并执行。
这样，就保证了进程按照到达时间的顺序进行调度。
另一个领域是存储器管理。
在计算机系统中，存储器是有限的资源，多个进程需要共享它。
当存储器快满时，系统需要选择哪个进程的数据从存储器中移除，以便为新的数据腾出空间。
FIFO原则可以被用来确定哪个进程将被置换出存储器。
根据先进先出原则，最早进入存储器的进程将优先被置换出去，为新的进程腾出空间。
此外，FIFO原则还经常在网络传输中的数据包排队中使用。
当多个数据包需要通过网络传输时，它们必须按照其中一种顺序排队等待传输。
FIFO原则可以被用来确定数据包的传输顺序。
每当一个数据包到达时，它将被放置在队列的末尾。
而当一个数据包完成传输后，下一个数据包将从队列的头部被选取。
这样，数据包的传输顺序将按照到达顺序进行处理。
FIFO原则有几个重要的特点。
首先，它非常简单且容易实现。
由于任务的处理顺序始终保持不变，无需进行复杂的调度算法。
其次，FIFO原则保证了公平性。
先到达的任务将被优先处理，不会因为其他任务的插入而改变顺序。
FIFO使用讲解
置为高电平，才能完成芯片的重置。当然重置是指重置所有的内
部指针（读写指针等），输出寄存器和内存（initializes all internal pointers,output registers and memory），要注意输出被 重置了（因为指针被重置了），而不是芯片内存存储的数据被 重置了，也就是这个信号并不会对芯片内部的数据清零。
FIFO一些参数
WIDTH:FIFO芯片一次读写的数据位数 DEEPTH：FIFO芯片可以存储多少个WIDTH位的数。注意Xilinx的IP核FIFO中下标是
从0开始的，也就是0代表存储的第一个数，deepth－1表示最后一个数 读写时钟：这两个时钟可以是相同的，也可以是独立的，依赖于选择什么样的FIFO类型。
第6页，共8页。
其实图中的每个信号的小间隔也可以说明这个问题。
由于读操作与写操作是相同的。这里就不熬述。 有上述两个读写操作，可以给我们这样的启示： 在写程序的时候，一定要合理的利用时钟。比如说每个上升沿进行操作需要一 定的时间，可能会有延时，可以利用多个相同的时钟分别完成操作。另外要合 理的利用时钟的上升沿和下降沿，不能总是利用上升或下降沿，要综合利用。
每有一次读写时钟，在上升沿都会有一次相应的读写操作。
第1页，共8页。
Wr_en：写使能信号，写之前应该设置为1. Rd_en：读使能信号，读之前应该设置为1.
注意，以上两个信号的设置有一定的技巧，后面详解
Rst： 清零信号
FIFO分类:
同步FIFO是指读时钟和写时钟为同一个时钟。在时钟沿来临时同 时发生读写操作。异步FIFO是指读写时钟不一致，读写时钟是互相独
实验3、FIFO算法模拟
实验三、FIFO LRU算法模拟一、实验目的一个作业有多个进程，处理机只分配固定的主存块供该作业执行。
往往块数小于进程页数，当请求调页程序调进一个块时，可能碰到主存中并没有空闲块的情况，此时就产生了在主存中淘汰哪个块的情况。
本实验要求模拟FIFO算法/二、实验原理此算法的实质是，总是选择在主存中停留最长时间的页面淘汰。
理由是：最早调入主存的页，其不再被访问的可能性最大。
三、实验环境1、pc2、vc++四、程序源代码：#define MAXSIZE 20#include <iostream.h>void main(){int label=0; //标记此页是否已经装入内存int input=0; //用于输入作业号int worknum=0; //记录作业个数int storesize=0; //系统分配的存储块数int interrupt=0; //中断次数int quence[MAXSIZE]; //队列，FIFO算法的主要数据结构int workstep[MAXSIZE]; //用于记录作业走向/*初始化*/for(int i=0;i<MAXSIZE;i++){quence[i]=0;workstep[i]=0;}cout<<"请输入存储区块数：";cin>>storesize;cout<<"请输入作业走向（输入0结束）：\n";for(int j=0;j<MAXSIZE;j++){cout<<"页面号："<<j+1<<” :”;cin>>input;workstep[j]=input;if(input==0){cout<<"输入结束！\n";break;}worknum++;}if(workstep[0]==0){cout<<"未输入任何作业，系统将退出！\n";return;}cout<<"置换情况如下：\n";for(int k=0;k<worknum;k++){label=0;/*看队列中是否有相等的页号或空位置*/for(int l=0;l<storesize;l++){/*是否有相等的页号*/if(quence[l]==workstep[k]){cout<<"内存中有"<<workstep[k]<<"号页面，无须中断！\n";label=1; //标记此页面已装入内存break;}/*是否有空位置*/if(quence[l]==0){quence[l]=workstep[k];cout<<"发生中断,但内存中有空闲区，"<<workstep[k]<<"号页面直接调入！\n";interrupt++;label=1;break;}}/*上述情况都不成立则调出对首，将调入页面插入对尾*/if(label==0){cout<<"发生中断，将"<<quence[0]<<"号页面调出，"<<workstep[k]<<"号装入！\n";interrupt++;for(int m=0;m<storesize;m++){quence[m]=quence[m+1];}quence[storesize-1]=workstep[k];}}cout<<"作业"<<worknum<<"个，"<<"中断"<<interrupt<<"次，"<<"缺页率："<<float(interrupt)/float(worknum)*100<<"%\n";}用高级语言模拟页面置换算法LRU，加深对LRU算法的认识。
fifo算法的工作过程
fifo算法的工作过程
FIFO（First-In-First-Out）算法是一种最简单的页面置换算法，通常用于操作系统中管理页面的缓存。
它基于先进先出的原则，即最先进入缓存的页面最先被替换出去。
以下是FIFO算法的工作过程：
1. 初始化：首先，初始化一个固定大小的缓存，以存储页面。
缓存的大小通常由系统或应用程序设置。
2. 页面访问：当一个新页面需要被加载到缓存中时，系统会检查该页面是否已经在缓存中。
-如果该页面已经在缓存中，系统认为这是一个缓存命中，不需要进行替换，直接使用该页面。
-如果该页面不在缓存中，系统进行下一步。
3. 页面替换：当缓存已满，而需要将新页面加载到缓存中时，FIFO算法会选择最早进入缓存的页面进行替换。
-算法维护一个队列，用于按照页面进入缓存的顺序排列。
新页面被加载时，加入队尾。
-当需要替换页面时，选择队首的页面进行替换，因为它是最早进入缓存的。
4. 更新队列：替换完成后，更新队列，将新页面移到队尾，保持队列的顺序。
FIFO算法的优点是实现简单，容易理解和实现。
然而，它也有一些缺点，其中之一是它可能导致"Belady's Anomaly"，即增加缓存大小时缺页率反而增加。
这是因为FIFO算法只关注了页面进入的顺序，而没有考虑页面的访问频率或重要性。
因此，在某些情况下，FIFO算法可能不是最优的页面置换算法。
在实际应用中，其他更复杂的算法，如LRU（Least Recently Used）或LFU（Least Frequently Used），可能会更好地适应不同的场景。
存储管理的页面置换算法详解
存储管理的页面置换算法存储管理的页面置换算法在考试中常常会考到，操作系统教材中主要介绍了3种常用的页面置换算法，分别是：先进先出法（FIFO）、最佳置换法（OPT）和最近最少使用置换法（LRU）。
大家要理解3种置换算法的含义，然后能熟练地运用在具体的练习中就可以了。
1.为什么要进行页面置换在请求分页存储管理系统中，由于使用了虚拟存储管理技术，使得所有的进程页面不是一次性地全部调入内存，而是部分页面装入。
这就有可能出现下面的情况：要访问的页面不在内存，这时系统产生缺页中断。
操作系统在处理缺页中断时，要把所需页面从外存调入到内存中。
如果这时内存中有空闲块，就可以直接调入该页面；如果这时内存中没有空闲块，就必须先淘汰一个已经在内存中的页面，腾出空间，再把所需的页面装入，即进行页面置换。
有助于理解的关键词有：请求分页、虚拟存储、缺页中断、页面置换。
2.常用的页面置换算法教材中介绍的常用页面置换算法有：先进先出法（FIFO）、最佳置换法（OPT）和最近最少使用置换法（LRU）。
（1）先进先出法（FIFO）算法描述：由于认为最早调入内存的页不再被使用的可能性要大于刚调入内存的页，因此，先进先出法总是淘汰在内存中停留时间最长的一页，即先进入内存的页，先被换出。
先进先出法把一个进程所有在内存中的页按进入内存的次序排队，淘汰页面总是在队首进行。
如果一个页面刚被放入内存，就把它插在队尾。
【例1】教材第4章课后习题。
考虑下述页面走向：1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6。
当内存块数量分别为3，5时，试问先进先出置换算法（FIFO）的缺页次数是多少？（注意，所有内存块最初都是空的，凡第一次用到的页面都产生一次缺页。
）解打叉的表示发生了缺页，共缺页16次。
提示：当FIFO算法执行到蓝色的4号页面时，这时内存中有三个页面，分别是1，2，3。
按照FIFO算法，在内存中停留时间最长的页面被淘汰。
置换算法-存储管理
置换算法-存储管理在操作系统中，存储管理是一个非常重要的部分。
在多道程序运行时，需要将多个进程调入内存中，但是内存资源是有限的。
为了能够高效地利用内存，就需要一定的置换算法来管理内存，即选择哪些进程保留在内存中，哪些进程需要从内存中移除。
本文将介绍几种常见的置换算法。
置换算法当新的进程需要进入内存时，如果内存中已经满了，操作系统就需要根据一定的规则选择被替换的进程。
这个选择过程就称为“置换算法”。
最常见的置换算法有以下几种：先进先出（First In, First Out, FIFO）FIFO算法是最简单的一种置换算法，它按照进程进入内存的时间顺序进行置换，即最先进入内存的进程最先被置换。
当内存满了之后，新进入内存的进程会把最先进入内存的进程替换出去。
虽然FIFO算法简单，但是它存在一个缺点，即无法灵活地处理不同进程的执行时间长短。
长时间运行的进程对于系统的资源利用会造成影响。
最近未使用（Least Recently Used, LRU）LRU算法是根据进程的历史使用情况进行置换的。
该算法假定长时间未使用的进程在近期也不会使用，因此把最近最少使用（LRU）的进程替换出去，而保留最近更常使用的进程。
这种算法的优点是能够利用进程的执行规律进行优化，而对于长时间运行的进程，它能够及时释放系统资源；但是该算法的复杂度较高，需要记录每个进程的使用情况。
随机算法（Random）随机算法是一种完全随机地选择被替换进程的算法。
该算法没有任何规律可言，只是根据随机性进行选择。
这种算法的好处是简单快速，但是由于没有使用任何进程的历史信息，因此并不是一个特别有效的算法。
最不少用（Least Frequently Used, LFU）LFU算法比较适合长驻在内存中的进程，它假定在过去一段时间中使用最少的进程在未来也同样不会经常被使用。
最常用（Most Frequently Used, MFU）和LFU相反的是MFU算法，它假定过去被使用最多的进程在将来可能还会经常被使用。
操作系统：FIFO算法详解及代码演示
操作系统：FIFO算法详解及代码演⽰FIFO算法FIFO算法是最简单的页⾯置换算法。
FIFO算法为每个页⾯记录了调到内存的时间。
当必须置换页⾯的时候，选择最旧的页⾯。
通俗来说，每次进⼊主存的时候如果主存中不存在这个页⾯，那么最先进⼊的页⾯出队。
如果主存存在这个页⾯，那么内存不动。
下⾯是C++⾯向对象写法代码。
这个说明⼀下为什么不⽤容器Queue。
是因为queue并没有迭代器，所以⽆法去寻找⾥⾯是否含有某块页⾯。
直接使⽤线性表即可，⽅便简单且快速。
// 在分页式虚拟存储管理中，要求通过键盘输⼊分配给⼀个作业的物理块数和作业依次访问的10个页⾯号，// 采⽤先进先出（FIFO）页⾯置换后// ，顺序输出缺页中断时所淘汰的页⾯号，并计算缺页中断率。
#include <iostream>using namespace std;#define MAX 20class Work{public:void seta(){int c, i = 1;cout << "输⼊10个页⾯号,以任意符号结尾" << endl;cin >> c;a[0] = c;while (cin >> c){a[i] = c;i++;}}void geta(){cout << "10个页⾯号分别为: ";for (int i = 0; i < 10; i++){cout << a[i] << " ";}cout << endl;}int index(int i){return a[i];}~Work(){cout<<"work 已被释放"<<endl;}private:int a[10];};class space{public:// 初始化构造函数，把除了物理块⼤⼩的其他空间都设置成其他值// 将初始化空间设置成-1space(int i){size=i;for (int j = 0; j < i; j++){s[j] = -1;}}// 显⽰物理块现在的状态void getSpace(){int i=0;cout<<"-------------物理块现在的状态是-------------"<<endl; while(s[i]!=-999){if(s[i]==-1){cout<<"NaN"<<" -||- ";i++;continue;}cout<<s[i]<<" -||- ";i++;}cout<<endl;cout<<"------------------------------------------"<<endl;}int find(int n){for(int i=0;i<size;i++){if(s[i]==n){return i;}}return -1;}// 先进先出，去掉第⼀个物理块，改变最后⼀个物理块。
实验七 请求页式存储管理中常用页面置换算法模拟
实验七请求页式存储管理中常用页面置换算法模拟实验学时：4实验类型：设计实验要求：必修一、实验目的（1）了解内存分页管理策略（2）掌握调页策略（3）掌握一般常用的调度算法（4）学会各种存储分配算法的实现方法。
（5）了解页面大小和内存实际容量对命中率的影响。
二、实验内容（1）采用页式分配存储方案，通过分别计算不同算法的命中率来比较算法的优劣，同时也考虑页面大小及内存实际容量对命中率的影响；（2）实现OPT 算法(最优置换算法) 、LRU 算法(Least Recently) 、FIFO 算法(First IN First Out)的模拟；（3）会使用某种编程语言。
三、实验原理分页存储管理将一个进程的逻辑地址空间分成若干大小相等的片，称为页面或页。
在进程运行过程中，若其所要访问的页面不在内存而需把它们调入内存，但内存已无空闲空间时，为了保证该进程能正常运行，系统必须从内存中调出一页程序或数据，送磁盘的对换区中。
但应将哪个页面调出，须根据一定的算法来确定。
通常，把选择换出页面的算法称为页面置换算法(Page_Replacement Algorithms)。
一个好的页面置换算法，应具有较低的页面更换频率。
从理论上讲，应将那些以后不再会访问的页面换出，或将那些在较长时间内不会再访问的页面调出。
1、最佳置换算法OPT(Optimal)它是由Belady于1966年提出的一种理论上的算法。
其所选择的被淘汰页面，将是以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面。
采用最佳置换算法，通常可保证获得最低的缺页率。
但由于人目前还无法预知一个进程在内存的若干个页面中，哪一个页面是未来最长时间内不再被访问的，因而该算法是无法实现的，便可以利用此算法来评价其它算法。
2、先进先出(FIFO)页面置换算法这是最早出现的置换算法。
该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。
该算法实现简单只需把一个进程已调入内存的页面，按先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，称为替换指针，使它总是指向最老的页面。
内存调度算法
内存调度算法内存调度算法是计算机操作系统中的一种重要机制，用于管理和优化系统中的内存使用。
它的目标是合理和有效地分配和回收系统中的内存资源，以提高系统性能和响应速度。
在计算机系统中，内存是一种有限的资源，不同进程或任务需要占用一定的内存空间来运行。
内存调度算法可以根据不同的策略将内存分配给不同的进程，并在需要时回收内存，以确保系统的正常运行。
常见的内存调度算法包括以下几种：1.先进先出（FIFO）调度算法FIFO是最简单的内存调度算法之一。
它根据进程请求内存的顺序进行分配，先到达的进程首先获得内存资源。
然而，FIFO算法存在一个问题，即如果一个进程一直占用内存而不释放，其他进程可能无法获得足够的内存。
因此，FIFO可能导致内存碎片问题。
2.最佳适应（Best-fit）调度算法最佳适应算法是一种基于内存分区的调度算法，它选择与进程大小最接近的空闲内存分区。
这可以最大程度地减少内存碎片，并提高内存空间的利用率。
但是，最佳适应算法需要对整个内存空间进行搜索，可能会增加开销。
3.最差适应（Worst-fit）调度算法最差适应算法与最佳适应算法类似，但它选择与进程大小最不匹配的空闲内存分区。
这意味着，分配给进程的内存空间可能比实际需要的要大，从而增加了内存碎片。
最差适应算法对于大型进程来说可能更有效，但可能会影响其他较小的进程。
4.循环首次适应（Round Robin First-fit）调度算法循环首次适应算法是一个综合了最佳适应和最差适应算法的调度算法。
它从内存的某个位置开始分配，然后沿着循环路径搜索空闲内存分区，直到找到合适大小的分区。
这种算法可以平衡内存利用率和内存碎片的问题，提高系统的整体性能。
5.页面替换算法在虚拟内存系统中，页面替换算法用于管理内存中的页面。
常见的页面替换算法包括最近最久未使用（LRU）、先进先出（FIFO）、最不常用（LFU）等。
这些算法根据页面的使用情况选择被替换出的页面，以减少缺页次数并提高系统的响应速度。
fifo特点及种类
fifo特点及种类FIFO（First-in, First-out）是一种常见的数据结构，它的特点是按照元素进入的顺序进行处理，先进入的元素先处理，后进入的元素后处理。
FIFO可以用于多种场景，包括计算机中的进程调度、缓存管理、队列等。
FIFO的特点主要有以下几个方面：1. 公平性：FIFO保证了公平性，即先到先服务。
先进入队列的元素会被优先处理，后进入队列的元素会被放在队列的尾部等待。
2. 简单性：FIFO是一种简单的数据结构，实现起来比较容易。
它只需要一个指向队列头和尾的指针，并且只需要实现入队和出队两个操作。
3. 高效性：FIFO的入队和出队操作的时间复杂度都是O(1)，即常数时间复杂度。
这使得FIFO在实际应用中具有高效性。
根据应用场景和具体实现方式的不同，FIFO可以分为多种种类，下面介绍几种常见的FIFO：1. 队列缓存：在计算机中，FIFO常用于实现队列缓存。
队列缓存是一种用于提高数据读写效率的缓存结构。
数据被按照进入的顺序放入队列中，然后按照出队的顺序被读取或写入。
这种缓存结构可以减少数据的等待时间，提高系统的响应速度。
2. 进程调度：在操作系统中，FIFO被用于进程调度。
进程是计算机中正在运行的程序的实例，操作系统通过调度算法来决定哪个进程获得CPU的执行时间。
FIFO调度算法按照进程进入就绪队列的顺序进行调度，先进入就绪队列的进程会被优先执行。
3. 队列数据结构：队列是一种常见的数据结构，它可以使用FIFO 方式进行操作。
队列可以实现先进先出的数据存储和读取方式，常用于解决需要按顺序处理数据的问题。
在队列中，新的元素被添加到队列的尾部，而读取操作则从队列的头部进行。
4. 管道通信：在操作系统中，管道通信是一种进程间通信的方式，其中FIFO被用于实现管道。
管道是一个单向的通道，数据从一个进程通过管道传递给另一个进程。
管道中的数据按照FIFO的顺序进行传递，先进入管道的数据会被先传递给另一个进程。
实验四 虚拟页式存储管理
实验四虚拟页式存储管理
一、实验目的
1)掌握虚拟存储管理的原理。
2)掌握几种常用页面置换算法。
二、实验原理
1．实现过程：
1)内存分配：给进程分配一定的物理块数。
2)将要页面依次调入内存，分配到物理块中。
3)若物理块已满，采用算法置换出某个页面，将下一个页面调入物理
块中。
2．算法：
1)先进先出算法（FIFO）
当发生页面置换时，总是选择当前系统中最早进入内存的那一页置换。
2)最近最少使用算法（LRU）
当发生页面置换时，选择当前内存页面中没有被使用时间最久的那一页置换出去。
三、LRU算法流程图
四、实验内容
程序从文件中读入页面序列，如书本P183表7.5所示，按照相关的算法，计算出页面调出序列和缺页次数。
程序框架已经给出（见附件），要求将LRU算法补充完整。
FIFO——精选推荐
FIFOFIFO（first in first out），具备读写端⼝各⼀个，外部⽆需控制地址。
FIFO与普通RAM的区别在于FIFO外部忽略对读写地址的管理，⽽只需要关注空满状态。
异步FIFO设计框图参数：时钟、数据位宽、深度、读写指针、空满判断、RAM空间⼤⼩实质：控制信号+RAM设计要点读、写时钟域的地址管理写地址到读时钟域的同步读地址到写时钟域的同步读时钟域的空和将空信号控制写时钟域的满和将满信号控制判满判空以深度为1024的FIFO为例，假设⼀直没有读操作，读指针停在地址0处。
当写完1024个数据后，写指针⼜回到了地址0处，此时读写地址相等。
⽽随写随读，读写地址也相等。
所以⽆法通过读写地址进⾏判满判空。
因此可以对地址增加1个⾼bit，来指⽰是否发⽣了回卷。
此时若读写地址相等，则为空。
若最⾼bit不同，但其余位相同，那么则为满。
判满时，需要将读地址同步到写时钟域进⾏判断。
判空时，需要将写地址同步到读时钟域进⾏判断。
为什么采⽤格雷码同步地址因为FIFO的地址是逐1增加的，因此可以把逐1增加的地址编码为相邻数只有1位不同的格雷码。
在实现跨时钟域信号采集时，如果数据每次只改变⼀位，那么就可以使⽤单⽐特跨时钟域处理⽅式直接采样。
⼆进制码和格雷码转换B2G⼆进制码右移⼀位，⾼位补0，与原⼆进制码按位相异或。
assign gray = （bin >> 1）^ binG2BGn = Bn；Gi-1=Bi ^ Bi-1； ( i=1,2,n-1; )assign bin[N-1] = gray[N-1] ;generategenvar i;for(i=0;i<N-1;i=i+1) begin:b2gassign binary[i] = grey[i]^binary[i+1];endendgenerateFIFIO深度。
fifo读写
FIFO读写概述FIFO（First In, First Out）是一种常用的数据结构，也称为队列。
它的特点是按照先进先出的原则进行数据读写，即先进入的数据首先被读取或使用。
FIFO读写操作广泛应用于计算机科学和软件工程领域，能够有效地管理数据传输和处理。
FIFO的实现方式FIFO可以通过数组或链表来实现。
数组实现数组实现的FIFO需要两个指针，分别指向队列的头部和尾部。
数据的读取和写入都是通过移动头部和尾部指针的方式来完成的。
1.初始化一个大小为n的数组，并设定头部指针head和尾部指针tail的初始位置为0。
2.数据写入时，将数据存储在tail位置，并将tail指针向后移动一位。
如果tail超过了数组的长度n，则将tail指针重置为0。
3.数据读取时，将head位置的数据读取出来，并将head指针向后移动一位。
如果head超过了数组的长度n，则将head指针重置为0。
链表实现链表实现的FIFO使用一个链表结构来存储数据，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。
1.初始化一个空链表。
2.数据写入时，创建一个新节点，将数据存储在节点中，并将该节点放置在链表末尾。
3.数据读取时，读取链表头部节点中的数据，并将该节点从链表中删除。
FIFO的应用场景FIFO读写操作在各种场景中都得到了广泛应用。
任务调度在操作系统中，任务调度器使用FIFO读写操作来管理进程的执行顺序。
先进入队列的任务先被调度执行，保证了任务的顺序性。
缓存管理在计算机硬件中，缓存是一种用于加速访问速度的存储设备。
FIFO读写操作可以实现缓存数据的替换策略。
当缓存区满时，新的数据会替换掉最旧的数据。
数据传输在网络通信中，FIFO读写操作常用于数据包的传输。
数据包按照到达的顺序进入队列，然后按照先进先出的方式进行发送，保证数据的有序性。
并发控制在并发编程中，FIFO读写操作可以实现互斥锁的队列。
多个线程按照先进先出的顺序申请锁，避免了死锁和优先级反转等并发问题。
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void PrintAddress(Pro_Space p[],Process &A,Space &pav,Space &a)
{//地址映射
WORD *q;
int i,n,r; //r表示段内地址
printf("请输入选择的进程号：");
scanf("%d",&n);
printf("请输入程序段号和段内地址：");
if(!pav) // 可利用空间表空
{
pav=p->a.llink=p->rlink=p;
p->tag=0;
(FootLoc(p))->a.uplink=p;
(FootLoc(p))->tag=0;
}
else //可利用空间表不空
{
if(l==1&&r==1) //左右邻区均为占用块
{//淘汰算法，可利用队列v的队头元素（FIFO），再与存储所有进程信息中的A.r[i].start进行比较，相同则对其中信息进行修改
int i;
for(i=0;i<A.elem[v[front].num].duanshu;i++)
if(A.elem[v[front].num].r[i].start==v[front].s)
typedef struct WORD
{//内存字类型
union
{
WORD *llink;
WORD *uplink;
}a;
int tag;
int size;
WORD *rlink;
}WORD,head,foot,*Space;
#define FootLoc(p) (p)+(p)->size-1
printf("内存初始化成功！\n");
}
typedef struct
{
Space s; //占用块指针循环队列(初始化为空)，配合全局变量number实现
int num; //进程编号
}Pro_Space;
Pro_Space v[MAX/e]={NULL}; //
int front=0; //记录队列首元素位置
pav=p->rlink;
if(p->size-n<=e)
{
if(pav=p)
pav=NULL;
else
{
pav->a.llink=p->a.llink;
p->a.llink->rlink=pav;
}
p->tag=f->tag=1;
scanf("%d%u",&i,&r);
if(A.elem[n].r[i].status)
{
q=p[i].s+r;
printf("%d|%u-%u",i,r,q);
}
else
for(;;)
if(SIZE+A.elem[n].r[i].length<=MAX)
{
p->tag=0;
(FootLoc(p))->a.uplink=p;
(FootLoc(p))->tag=0;
pav->a.llink->rlink=p;
p->a.llink=pav->a.llink;
p->rlink=pav;
pav->a.llink=p;
}Process;
int NUMBER=0;
void InitList(Process &A)
{
A.elem=(fork*)malloc(LIST_INIT_SIZE*sizeof(fork));
A.listsize=LIST_INIT_SIZE;
A.length=0;
printf("进程信息表分配成功！\n");
}
else
{
f->tag=1;
p->size-=n;
f=FootLoc(p);
f->tag=0;
f->a.uplink=p;
p=f+1;
p->tag=1;
p->size=n;
}
return p;
}
}
{
A.elem[v[front].num].r[i].status=0;
SIZE=SIZE-A.elem[v[front].num].r[i].length;
};
front++;
Reclaim(pav,p);
printf("已按FIFO算法置换成功！\n");
{
SIZE+=A.elem[n].r[i].length;
a=AllocBoundTag(pav,A.elem[n].r[i].length);
A.elem[n].r[i].start=a;
typedef struct Redtype
{
int status;
WORD *start; //物理段起始地址
int length;
int time; //存储进程进入时间
}Redtype;
typedef struct fork
{
Redtype r[10]; //r中存储的是每段的信息
A.elem[n].r[i].time=entertime;
entertime++;
j++;
}
else
printf("内存空间不足，第%d段不能进入内存！\n",i);
}
printf("内存分配已完毕！\n");
}
void taotai_FIFO(Process &A,Space &pav,Space p)
p=AllocBoundTag(pav,A.elem[n].r[i].length);
A.elem[n].r[i].start=p;
v[number%(MAX/e)].s=A.elem[n].r[i].start;
number++;
A.elem[n].r[i].status=1;
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#define MAX 128
#define e 1 //e
int entertime=0; //全局变量，用于表示进程进入的时间序列
int SIZE=0;
//--------------------------------------
/* 若分配后可利用空间表不空，则pav指向表中刚分配过的结点的后继结点 */
Space p,f;
for(p=pav;p&&p->size<n&&p->rlink;p=p->rlink);
if(!p||p->size<n)
return NULL;
else
{
f=FootLoc(p);
printf("请输入进程段数（不超过10段）：\n");
scanf("%d",&A.elem[NUMBER].duanshu); //输入段数
if(A.elem[NUMBER].duanshu>10)
{
printf("说了不超过10的嘛，重来！\n");
return;
}
else if(l==1&&r==0) //右邻区为空闲块,左邻区为占用块,合并右邻块和释放块
{
p->tag=0;
p->a.llink=t->a.llink;
p->a.llink->rlink=p;
p->rliห้องสมุดไป่ตู้k=t->rlink;
p->rlink->a.llink=p;
void Reclaim(Space &pav,Space p)
{//边界标识法的回收算法,s、t分别指向释放块的左、右邻块(空闲时)的首地址
Space s=(p-1)->a.uplink,t=p+p->size;
int l=(p-1)->tag,r=(p+p->size)->tag; /* l、r分别指示释放块的左、右邻块是否空闲 */
scanf("%d",&n);
for(i=0,j=0;i<A.elem[n].duanshu&&j<4;i++) //每个进程最多调入内存容量为4段
{
if(SIZE+A.elem[n].r[i].length<=MAX)
{
SIZE+=A.elem[n].r[i].length;
t->rlink->a.llink=t->a.llink;
(FootLoc(t))->a.uplink=s;
if(pav==t)
pav=s;
}
}