FIFO和LRU页面置换算法实例分析：缺页中断与缺页率计算

FIFO和LRU页面置换算法实例分析：缺页中断与缺页率计算

问题描述：

假设在某个请求页式虚拟系统中，某进程的页面访问序列为：0, 0, 3, 1, 1, 4, 0, 5, 6, 6, 2, 4, 6, 7, 7, 0, 0, 6, 7, 2，进程实际页面数为3。请分别使用先进先出（FIFO）和最近最久未使用（LRU）页面置换算法，计算缺页中断次数和缺页率。

一、先进先出（FIFO）置换算法

假设物理内存大小为4，初始状态为空。

1. 访问页面0：缺页，物理内存为{0, _, _, _}，缺页中断次数为1。
2. 访问页面0：命中，物理内存不变。
3. 访问页面3：缺页，物理内存为{0, 3, _, _}，缺页中断次数为2。
4. 访问页面1：缺页，物理内存为{0, 3, 1, _}，缺页中断次数为3。
5. 访问页面1：命中，物理内存不变。
6. 访问页面4：缺页，物理内存为{0, 3, 1, 4}，缺页中断次数为4。
7. 访问页面0：缺页，物理内存为{3, 1, 4, 0}，缺页中断次数为5。
8. 访问页面5：缺页，物理内存为{1, 4, 0, 5}，缺页中断次数为6。
9. 访问页面6：缺页，物理内存为{4, 0, 5, 6}，缺页中断次数为7。
10. 访问页面6：命中，物理内存不变。
11. 访问页面2：缺页，物理内存为{0, 5, 6, 2}，缺页中断次数为8。
12. 访问页面4：缺页，物理内存为{5, 6, 2, 4}，缺页中断次数为9。
13. 访问页面6：缺页，物理内存为{6, 2, 4, 6}，缺页中断次数为10。
14. 访问页面7：缺页，物理内存为{2, 4, 6, 7}，缺页中断次数为11。
15. 访问页面7：命中，物理内存不变。
16. 访问页面0：缺页，物理内存为{4, 6, 7, 0}，缺页中断次数为12。
17. 访问页面0：命中，物理内存不变。
18. 访问页面6：缺页，物理内存为{6, 7, 0, 6}，缺页中断次数为13。
19. 访问页面7：缺页，物理内存为{7, 0, 6, 7}，缺页中断次数为14。
20. 访问页面2：缺页，物理内存为{0, 6, 7, 2}，缺页中断次数为15。

缺页率 = 缺页中断次数 / 总访问次数 = 15 / 20 = 75%

二、最近最久未使用（LRU）置换算法

假设物理内存大小为4，初始状态为空。

1. 访问页面0：缺页，物理内存为{0, _, _, _}，缺页中断次数为1。
2. 访问页面0：命中，物理内存不变。
3. 访问页面3：缺页，物理内存为{0, 3, _, _}，缺页中断次数为2。
4. 访问页面1：缺页，物理内存为{0, 3, 1, _}，缺页中断次数为3。
5. 访问页面1：命中，物理内存不变。
6. 访问页面4：缺页，物理内存为{0, 3, 1, 4}，缺页中断次数为4。
7. 访问页面0：命中，物理内存为{3, 1, 4, 0}，缺页中断次数不变。
8. 访问页面5：缺页，物理内存为{3, 1, 0, 5}，缺页中断次数为5。
9. 访问页面6：缺页，物理内存为{3, 1, 5, 6}，缺页中断次数为6。
10. 访问页面6：命中，物理内存为{3, 1, 5, 6}，缺页中断次数不变。
11. 访问页面2：缺页，物理内存为{1, 5, 6, 2}，缺页中断次数为7。
12. 访问页面4：缺页，物理内存为{5, 6, 2, 4}，缺页中断次数为8。
13. 访问页面6：命中，物理内存为{5, 2, 4, 6}，缺页中断次数不变。
14. 访问页面7：缺页，物理内存为{2, 4, 6, 7}，缺页中断次数为9。
15. 访问页面7：命中，物理内存为{2, 4, 6, 7}，缺页中断次数不变。
16. 访问页面0：缺页，物理内存为{4, 6, 7, 0}，缺页中断次数为10。
17. 访问页面0：命中，物理内存为{4, 6, 7, 0}，缺页中断次数不变。
18. 访问页面6：命中，物理内存为{4, 7, 0, 6}，缺页中断次数不变。
19. 访问页面7：命中，物理内存为{4, 0, 6, 7}，缺页中断次数不变。
20. 访问页面2：缺页，物理内存为{0, 6, 7, 2}，缺页中断次数为11。

缺页率 = 缺页中断次数 / 总访问次数 = 11 / 20 = 55%

结论：

在本例中，FIFO算法的缺页率为75%，LRU算法的缺页率为55%。LRU算法的缺页率更低，说明在该页面访问序列下，LRU算法具有更好的性能。