为什么需要页面替换算法？
页面替换算法用于管理计算机系统中的 Memeory（内存），因为计算机内存是有限的资源，而同时又有大量的进程和任务需要访问和使用内存，所以需要对内存进行有序的管理和分配。在这种情况下，就需要一个合适的页面替换算法。
当一个进程需要访问一块内存时，它必须首先检查该内存块是否在内存中。如果内存中已经存在该内存块，则可以直接访问该内存块。但如果内存中没有该内存块，则需要将其从外部存储器（如硬盘或闪存）中装入内存。如果内存已满，无法 accommodating新的页面，此时就需要使用页面替换算法。
页面替换算法的主要作用是根据某种策略选择一个页面进行替换，以便新的页面可以加载到内存中。例如，常用的页面替换算法有
LRU（Least-Recently-Used，最近最少使用算法）、
FIFO（First-In-First-Out，先进先出算法）和 Clock 等，
这一类算法的主要目标是尽可能减少页面替换次数，并提高内存系统的性能和利用效率。
如何实现？
常见的页面替换算法有三个：最先进先出（FIFO）、最近最久未使用（LRU）和时钟（Clock）算法。其中，最先进先出算法是使用队列来实现的。
最先进先出算法（FIFO）的实现过程如下：
创建一个固定长度的队列，用于存储当前所有正在使用的页面。
每当需要调入一新页面时，将其加入队列的尾部。
如果队列已满，则需要先调出队列中的最先调入的页面，也就是队列的头部。调出后，将新页面加入队列的尾部。
这样，队列中的第一个页面就是最先进入的页面，也就是最老的页面。每次需要替换页面时，直接从队列的头部调出最老的页面，再将新页面加入队列的尾部即可。
例如，如果队列的长度为3，当前队列中已有页面 A、B、C，当需要调入一个新页面 D 时，队列状态变为：B、C、D。当需要调出页面 A 并加入页面 E 时，队列状态变为：C、D、E。
Python 中可以使用 collections 模块中的 deque 双向队列来实现 FIFO 页面替换算法，代码示例如下：
from collections import deque
# 初始化队列和已调入页面集合
queue = deque()
page_set = set()
# 页面访问序列
page_access_sequence = [1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5]
# 队列长度
queue_length = 3
# 页面替换次数
page_fault_count = 0
# 遍历访问序列
for page in page_access_sequence:
# 如果页面不在当前队列中
if page not in page_set:
# 如果队列已满，弹出队头元素
if len(queue) == queue_length:
page_set.remove(queue.popleft())
# 将页面加入队尾
queue.append(page)
page_set.add(page)
page_fault_count += 1
print("FIFO 页面替换算法的页面替换次数为：", page_fault_count)
注意，在上面的代码中，我们使用了 Python 的 set 类型来保存当前已调入页面的集合。
每当一个页面被加入队列时，就将其添加到这个集合中，以便快速判断一个页面是否已经在队列中。
