页面置换算法
来源:互联网 发布:25岁衣服品牌知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/06/04 23:29
操作系统页面置换算法:
地址映射过程中,若在页面中发现所要访问的页面不在内存中,则产生缺页中断。当发生缺页中断时,如果操作系统内存中没有空闲页面,则操作系统必须在内存选择一个页面将其移出内存,以便为即将调入的页面让出空间。而用来选择淘汰哪一页的规则叫做页面置换算法。
目标:尽可能减少页面的调动次数。
FIFO先进先出:置换先进来的页面
LRU最近最久未使用:选择最长时间没被引用的页面
LFU最不常用:置换访问次数最少的页面
页面的频繁更换,导致整个系统效率急剧下降,这个现象称为内存抖动。
抖动一般是内存分配算法不好,内存太小引或者程序的算法不佳引起的页面频繁从内存调入调出。
Belady’s Anomaly: 所谓Belady现象是指:采用FIFO算法时,如果对—个进程未分配它所要求的全部页面,有时就会出现分配的页面数增多但缺页率反而提高的异常现象。因此根据定义,可知Belady’s Anomaly是内存换页算法。只有FIFO算法可能出现Belady 异常,而LRU和OPT算法永远不会出现Belady异常。
1.最佳置换算法(OPT)(理想置换算法):从主存中移出永远不再需要的页面;如无这样的页面存在,则选择最长时间不需要访问的页面。于所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的,或者是在最长时间内不再被访问的页面,这样可以保证获得最低的缺页率。 最佳置换算法可以用来评价其他算法。
2.先进先出置换算法(FIFO):是最简单的页面置换算法。这种算法的基本思想是:当需要淘汰一个页面时,总是选择驻留主存时间最长的页面进行淘汰,即先进入主存的页面先淘汰。其理由是:最早调入主存的页面不再被使用的可能性最大。
注意:内存的页面中“最老“的页面,会被新的网页直接覆盖,而不是“最老“的页面先出队,然后新的网页从队尾入队。
3.最近最久未使用(LRU)算法:这种算法的基本思想是:利用局部性原理,根据一个作业在执行过程中过去的页面访问历史来推测未来的行为。它认为过去一段时间里不曾被访问过的页面,在最近的将来可能也不会再被访问。所以,这种算法的实质是:当需要淘汰一个页面时,总是选择在最近一段时间内最久不用的页面予以淘汰。
LRU算法根据各页以前的情况,是“向前看”的,而最佳置换算法则根据各页以后的使用情况,是“向后看”的。
4. LFU(Least Frequently Used)最近最少使用算法。它是基于“如果一个数据在最近一段时间内使用次数很少,那么在将来一段时间内被使用的可能性也很小”的思路。
注意LFU和LRU算法的不同之处,LRU的淘汰规则是基于访问时间,而LFU是基于访问次数的。举个简单的例子:
假设缓存大小为3,数据访问序列为set(2,2),set(1,1),get(2),get(1),get(2),set(3,3),set(4,4),
则在set(4,4)时对于LFU算法应该淘汰(3,3),而LRU应该淘汰(1,1)。
例子:假定系统为某进程分配了三个物理块,并考虑有以下页面号引用串: 7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, 1 每种置换方式所产生的缺页数和置换数:
OPT:发生缺页中断的次数为9,页面置换的次数为6。
FIFO:页面置换次数为12。
LRU:置换次数为9.
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