os頁面置換

1、評(píng)價(jià)一個(gè)算法的優(yōu)劣可通過在一個(gè)特定的存儲(chǔ)訪問序列（頁面走向）上運(yùn)行它，并計(jì)算缺頁數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。1先入先出法（FIFO）最簡單的頁面置換算法是先入先出（FIFO）法。這種算法的實(shí)質(zhì)是，總是選擇在主存中停留時(shí)間最長（即最老）的一頁置換，即先進(jìn)入內(nèi)存的頁，先退出內(nèi)存。理由是：最早調(diào)入內(nèi)存的頁，其不再被使用的可能性比剛調(diào)入內(nèi)存的可能性大。建立一個(gè)FIFO隊(duì)列，收容所有在內(nèi)存中的頁。被置換頁面總是在隊(duì)列頭上進(jìn)行。當(dāng)一個(gè)頁面被放入內(nèi)存時(shí)，就把它插在隊(duì)

2、尾上。這種算法只是在按線性順序訪問地址空間時(shí)才是理想的，否則效率不高。因?yàn)槟切┏１辉L問的頁，往往在主存中也停留得最久，結(jié)果它們因變“老”而不得不被置換出去。FIFO的另一個(gè)缺點(diǎn)是，它有一種異?，F(xiàn)象，即在增加存儲(chǔ)塊的情況下，反而使缺頁中斷率增加了。當(dāng)然，導(dǎo)致這種異?，F(xiàn)象的頁面走向?qū)嶋H上是很少見的?，F(xiàn)在來看下4塊的情況：0123213252362142【解答】剛開始內(nèi)存并沒有這個(gè)作業(yè)，所以發(fā)生缺頁中斷一次。作業(yè)的0號(hào)頁進(jìn)入內(nèi)存。(1次缺頁中

3、斷)而頁1又不在內(nèi)存，又發(fā)生缺頁中斷一次。作業(yè)頁1進(jìn)入內(nèi)存。(2次缺頁中斷)頁2不在內(nèi)存，發(fā)生缺頁中斷。頁2進(jìn)入內(nèi)存。(3次缺頁中斷)頁3不在內(nèi)存，發(fā)生缺頁中斷。頁3進(jìn)入內(nèi)存。(4次缺頁中斷)接下來調(diào)入頁2，頁1，頁3，頁2。由于都在內(nèi)存中，并不發(fā)生缺頁中斷。頁5不在內(nèi)存，發(fā)生缺頁中斷。頁5進(jìn)入內(nèi)存，頁5置換頁0。(5次缺頁中斷)接下來調(diào)入頁2，頁3。由于都在內(nèi)存中，并不發(fā)生缺頁中斷。頁6不在內(nèi)存，發(fā)生缺頁中斷。頁6進(jìn)入內(nèi)存。頁6置換頁

4、1。(6次缺頁中斷)頁2在內(nèi)存，不發(fā)生缺頁中斷。頁1不在內(nèi)存(在發(fā)生第6次缺頁中斷時(shí)被置換了)，發(fā)生缺頁中斷。頁1進(jìn)入內(nèi)存，頁2被置換。(7次缺頁中斷)頁4置換頁3，頁4進(jìn)入內(nèi)存。(8次缺頁中斷)現(xiàn)在調(diào)入頁2，但頁2在發(fā)生第7次缺頁中斷時(shí)被置換掉了?，F(xiàn)在頁2進(jìn)入內(nèi)存，其置換頁5。(因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候是頁5最先進(jìn)入內(nèi)存。)(9次缺頁中斷)2最優(yōu)置換算法（OPT）最優(yōu)置換（OptimalReplacement）是在理論上提出的一種算法。其實(shí)質(zhì)是：

5、當(dāng)調(diào)入新的一頁而必須預(yù)先置換某個(gè)老頁時(shí)，所選擇的老頁應(yīng)是將來不再被使用，或者是在最遠(yuǎn)的將來才被訪問。采用這種頁面置換算法，保證有最少的缺頁率。但是最優(yōu)頁面置換算法的實(shí)現(xiàn)是困難的，因?yàn)樗枰藗冾A(yù)先就知道一個(gè)進(jìn)程整個(gè)運(yùn)行過程中頁面走向的全部情況。不過，這個(gè)算法可用來衡量（如通過模擬實(shí)驗(yàn)分析或理論分析）其他算法的優(yōu)劣。移走一項(xiàng)，所以要用具有頭尾指針的雙向鏈連起來。在最壞的情況下，移走一頁并把它放在棧頂上需要改動(dòng)6個(gè)指針。每次修改都要有開銷，

6、但需要置換哪個(gè)頁面卻可直接得到，用不著查找，因?yàn)槲仓羔樦赶驐５祝渲杏斜恢脫Q頁。因?qū)崿F(xiàn)LRU算法必須有大量硬件支持，還需要一定的軟件開銷。所以實(shí)際實(shí)現(xiàn)的都是一種簡單有效的LRU近似算法。一種LRU近似算法是最近未使用算法（NotRecentlyUsed，NUR）。它在存儲(chǔ)分塊表的每一表項(xiàng)中增加一個(gè)引用位，操作系統(tǒng)定期地將它們置為0。當(dāng)某一頁被訪問時(shí)，由硬件將該位置1。過一段時(shí)間后，通過檢查這些位可以確定哪些頁使用過，哪些頁自上次置0后還

7、未使用過。就可把該位是0的頁淘汰出去，因?yàn)樵谧罱欢螘r(shí)間里它未被訪問過。4第二次機(jī)會(huì)算法（SCR）第二次機(jī)會(huì)算法的基本思想是與FIFO相同的，但是有所改進(jìn)，避免把經(jīng)常使用的頁面置換出去。當(dāng)選擇置換頁面時(shí)，檢查它的訪問位。如果是0，就淘汰這頁；如果訪問位是1，就給它第二次機(jī)會(huì)，并選擇下一個(gè)FIFO頁面。當(dāng)一個(gè)頁面得到第二次機(jī)會(huì)時(shí)，它的訪問位就清為0，它的到達(dá)時(shí)間就置為當(dāng)前時(shí)間。如果該頁在此期間被訪問過，則訪問位置1。這樣給了第二次機(jī)會(huì)的頁

8、面將不被淘汰，直至所有其他頁面被淘汰過（或者也給了第二次機(jī)會(huì)）。因此，如果一個(gè)頁面經(jīng)常使用，它的訪問位總保持為1，它就從來不會(huì)被淘汰出去。第二次機(jī)會(huì)算法可視為一個(gè)環(huán)形隊(duì)列。用一個(gè)指針指示哪一頁是下面要淘汰的。當(dāng)需要一個(gè)存儲(chǔ)塊時(shí)，指針就前進(jìn)，直至找到訪問位是0的頁。隨著指針的前進(jìn)，把訪問位就清為0。在最壞的情況下，所有的訪問位都是1，指針要通過整個(gè)隊(duì)列一周，每個(gè)頁都給第二次機(jī)會(huì)。這時(shí)就退化成FIFO算法了。頁面置換算法還有很多變種，如考慮

9、到被置換頁是否修改過、按FIFO算法選中的頁正在使用等情況，都需要硬件、軟件協(xié)同實(shí)現(xiàn)。部分的頁面在虛擬內(nèi)存，部分在物理內(nèi)存，操作系統(tǒng)需要訪問的頁面在物理內(nèi)存找不到則會(huì)把物理內(nèi)存的某個(gè)頁面置換下來，最佳置換算法的解決方法就是看物理內(nèi)存中的哪一個(gè)頁面在將來最遲需要訪問，就置換它。如物理內(nèi)存里是0，7，6，訪問到5時(shí)產(chǎn)生缺頁中斷，檢查物理內(nèi)存，發(fā)現(xiàn)0在將來第14個(gè)訪問到，顯然置換0是最佳方案！usingnamespacestd#include