作業系統 頁面置換演算法 LRU和FIFO

2021-10-03 10:34:50 字數 2135 閱讀 2588

lru(least recently used)最少使用頁面置換演算法,顧名思義,就是替換掉最少使用的頁面。

fifo(first in first out,先進先出)頁面置換演算法,這是的最早出現的置換演算法。該演算法總是淘汰最先進入記憶體的頁面,即選擇在記憶體中駐留時間最長的頁面給予淘汰。

fifo置換演算法有這樣乙個奇怪現象:記憶體空間塊數越多,缺頁中斷率可能相反的越高(缺頁中斷次數越高)。

lfu(least frequently used)最近最少使用演算法,它是基於「如果乙個資料在最近一段時間內使用次數很少,那麼在將來一段時間內被使用的可能性也很小」的思路。

注意lfu和lru演算法的不同之處,lru的淘汰規則是基於訪問時間,而lfu是基於訪問次數的。

不可能實現的理想演算法:是指選擇的淘汰頁面,將是以後不再使用或未來最長時間內不再被訪問的頁面。來保證最低的缺頁率。

例子: 假定系統為某程序分配了三個物理塊,並考慮有以下的頁面號引用串:

(1)程序執行時,先將7,0,1 三個頁面裝入記憶體。

(2)當程序要訪問頁面2 時,將會產生缺頁中斷。此時os根據最佳置換演算法,將選擇頁面7 予以淘汰。這是因為頁面0 將作為第5 個被訪問的頁面,頁面1 是第14 個被訪問的頁面,而頁面7 則要在第18 次頁面訪問時才需調入。

(3)下次訪問頁面0時,因它已在記憶體而不必產生缺頁中斷。同理類推

由圖可看出,採用最佳置換演算法發生了6 次頁面置換。

置換最先調入記憶體的頁面,即置換在記憶體中駐留時間最久的頁面。即先進入主存的頁面先淘汰(換的位置依次前進)

按照進入記憶體的先後次序排列成佇列,從隊尾進入,從隊首刪除。

但是該演算法會淘汰經常訪問的頁面,不適應程序實際執行的規律,目前已經很少使用。

參考

演算法的實質是:當需要淘汰乙個頁面時,總是選擇在最近一段時間內最久不用的頁面予以淘汰。

它認為過去一段時間裡不曾被訪問過的頁面,在最近的將來可能也不會再被訪問

再對上面的例項釆用lru演算法進行頁面置換,如圖所示。

程序第一次對頁面2訪問時,將最近最久未被訪問的頁面7置換出去。

然後訪問頁面3時,將最近最久未使用的頁面1換出。

lru演算法的效能接近於opt,但是實現起來比較困難,且開銷大;fifo演算法實現簡單,但效能差。所以作業系統的設計者嘗試了很多演算法,試圖用比較小的開銷接近lru的效能,這類演算法都是clock演算法的變體。又稱最近未用(not recently used, nru)演算法

clock演算法的效能比較接近lru,而通過增加使用的位數目,可以使得clock演算法更加高效。在使用位的基礎上再增加乙個修改位,則得到改進型的clock置換演算法。這樣,每一幀都處於以下四種情況之一:

最近未被訪問,也未被修改(u=0, m=0)。

最近被訪問,但未被修改(u=1, m=0)。

最近未被訪問,但被修改(u=0, m=1)。

最近被訪問,被修改(u=1, m=1)。

演算法執行如下操作步驟:

從指標的當前位置開始,掃瞄幀緩衝區。在這次掃瞄過程中,對使用位不做任何修改。選擇遇到的第乙個幀(u=0, m=0)用於替換。

如果第1)步失敗,則重新掃瞄,查詢(u=0, m=1)的幀。選擇遇到的第乙個這樣的幀用於替換。在這個掃瞄過程中,對每個跳過的幀,把它的使用位設定成0。

如果第2)步失敗,指標將回到它的最初位置,並且集合中所有幀的使用位均為0。重複第1步,並且如果有必要,重複第2步。這樣將可以找到供替換的幀。

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