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[数据结构与算法]理解页面置换算法

对页面置换算法的理解:

在这里插入图片描述

在进程运行时,若其访问的页面不在内存,而需将其调入,但内存已无空闲空间时,就需要从内存中调出一页程序或数据,送入磁盘的对换区。选择调出页面的算法就称为页面置换算法。好的页面置换算法应有较低的页面更换频率,也就是说,应将以后不会再访问或者以后较长时间内不会再访问的页面先调出。
补充:

  • 缺页率=缺页次数/页面访问次数
  • 抖动现象:刚被换出的页面很快又要被访问,需要将它重新调入,频繁更换页面的现象。
  • Belady异常:当为进程分配的物理块数增大时,缺页次数不减反增的异常现象。注:只有FIFO算法会产生belady异常.

一、最佳置换算法OPT

  • 思想:每次选择淘汰的页面是以后永远不使用,或者在长时间内不再被访问的页面,这样可以保证最低的缺页率。
    (这时就有疑问了,你怎么知道这个页面以后不会被使用呢?所以这种算法不能被实现,早点洗洗睡吧,梦里啥都有。那它存在的意义是啥呢?问得好! 作用就是用来评价其他的算法。一个无情的工具人!)
    举个例子:
    在这里插入图片描述
    过程:首先是访问7,7进入内存块,发生缺页中断;接着访问0、1,OK0、1进入内存块。注意此时的内存块已经满了,下面访问2号页的时候,我们必须选一个页面换出去,采用FIFO算法。我们先看2号页的前一页,内存块里面的页号,然后往后查找,哪一个最晚出现或者是没有出现,就把它换出去。通过查找我们发现是7号最晚出现,说明7 最长时间不被使用,把7换出去,把2换出去. 接着访问0,因为0已经在内存块里面了,不需要换,也不会发生缺页中断。然后访问3号,此时内存块是2、0、1,往后查找,发现是把1换出去。依次往后推。

TIPS:按照置换的规则,往后查找,最后一个出现的页号就是要淘汰的页面

二、先进先出算法FIFO

  • 思想:每次选择淘汰的页面是最早进入内存的页面。
  • 实现方法:把调入内存的页面根据调入的先后顺序排成一个队列,需要换出页面时,选择队头页面即可。(用队列容易做)
    举个例子:
    在这里插入图片描述

三、最近最久未使用和最少使用置换算法LRU

  • 思想:每次淘汰的页面是最近最久未使用的页面。
  • 实现方法:赋予每个页面对应的页表项中,用访问字段记录该页面上次被访问以来所经历的时间t。当需要淘汰一个页面时,选择现有页面中t值最大的,即最近最久未使用的页面。
    举个例子:
    在这里插入图片描述
    过程:前面不需要过多赘述,我们直接看第10列的8号页面,接下来访问3号页面,但是内存块满了,用LRU算法选择最近最久未使用的页面换出去。内存块里是1、8、7、2,从8号页面往前查找最靠前的即7号是最近最久未被使用的,把它换出去。然后以此类推。
  • TIPS: 若要淘汰页面,可以逆向检查此时在内存中的几个页面号,在逆向扫描过程中最后一个出现的页号就是要淘汰的页面。

四、然后我们来对比下OPT和LUR

  • OPT是往后看,看未来;LUR是往前看,看历史。
    在这里插入图片描述
    这个LUR大家一定要牢牢掌握,是各大厂面试重点考察的题哦
    OK大概就酱紫~block太难就不解释了。
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加:2021-11-29 16:33:23  更:2021-11-29 16:34:04 
 
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