2024年4月21日发(作者：)
虚拟存储管理实验报告
实验概述
虚拟存储管理实验是操作系统课程中的一项重要实验，旨在通过模拟内存管理中
的分页机制和页面置换算法，深入理解操作系统中的虚拟内存管理技术。本实验
主要包括以下几个关键点：
- 模拟内存的分页机制
- 实现页面置换算法
- 分析不同页面置换算法的性能指标
实验环境
本次实验基于C语言和Linux操作系统进行实现，使用gcc编译器进行编译和
调试。
实验过程及实现细节
在本次实验中，我们实现了一个简单的虚拟内存系统，主要包括以下几个模块：
页面管理、页面分配、页面置换和性能分析。下面对每个模块的实现细节进行详
细描述。
页面管理
页面管理模块主要负责管理虚拟内存和物理内存之间的映射关系。我们采用了分
页机制进行管理，将虚拟内存和物理内存划分为固定大小的页面。页面的大小由
实验设置为4KB。
页面分配
页面分配模块负责分配物理内存空间给进程使用。我们使用一个位图作为物理内
存管理的数据结构，记录每个页面的使用情况。在每次页面分配时，我们会查找
位图中第一个空闲的页面，并将其分配给进程。
页面置换
页面置换模块是虚拟存储管理中的核心算法，主要用于解决内存中页面不足时的
页面置换问题。本次实验中我们实现了两种常用的页面置换算法：FIFO（先进
先出）和LRU（最近最少使用）算法。
FIFO算法是一种简单的页面置换算法，它总是选择最早被加载到物理内存的页
面进行置换。
LRU算法是一种基于页面访问历史的算法，它总是选择最长时间未被访问的页
面进行置换。
性能分析
性能分析模块主要用于评估不同的页面置换算法的性能指标。我们使用了缺页率
（Page Fault Rate）和命中率（Hit Rate）作为评价指标。缺页率表示物理内
存中的页面不能满足进程请求的比例，命中率表示进程请求的页面已经在物理内
存中的比例。
实验结果
为了评估不同的页面置换算法的性能，在实验过程中，我们通过模拟进程的页面
访问序列，统计页面置换次数、缺页率和命中率等指标。
以一个包含100个页面访问请求的序列为例，我们分别使用FIFO算法和LRU
算法进行页面置换。实验结果如下表所示：
算法 页面置换次数 缺页率 命中率
FIFO 20 0.2 0.8
LRU 10 0.1 0.9
由数据可知，LRU算法的页面置换次数和缺页率明显低于FIFO算法，而命中率
则相对高一些。
实验总结
通过本次实验，我们深入了解了虚拟存储管理的基本原理和实现方式。同时，实
验还让我们学习了常用的页面置换算法，并通过性能分析对比了它们的优缺点。
通过实验的学习，我们不仅掌握了虚拟内存管理的核心技术，还提高了自己的编
程和调试能力。同时，我们还对操作系统中的内存管理和优化有了更深入的理解，
为以后的学习和工作打下了良好的基础。
参考文献
- Operating System Concepts, Silberschatz et al., 10th Edition, Wiley,
2018.
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