8-页面置换算法

我就是我 2021-08-30 17:20 325阅读 0赞

### 页面置换算法 ###

*   *  最佳置换算法（OPT）
     *  先进先出置换算法（FIFO）
     *  最近最久未使用置换算法（LRU）
     *  时钟置换算法（CLOCK）
     *  改进的时钟置换算法

请求分页存储管理与基本分页存储管理的主要区别:

在程序执行过程中，当所访问的信息不在内存时，由操作系统负责将所需信息从外存调入内存，然后继续执行程序。

若内存空间不够，由操作系统负责将内存中暂时用不到的信息换出到外存。

而页面置换算法的作用是：决定换出哪个页面。

## 最佳置换算法（OPT） ##

最佳置换算法(OPT, Optimal) ：每次选择淘汰的页面将是以后永不使用，或者在最长时间内不再被访问的页面，这样可以保证最低的缺页率。

最佳置换算法可以保证最低的缺页率，但实际上，只有在进程执行的过程中才能知道接下来会访问到的是哪个页面。操作系统无法提前预判页面访问序列。因此，最佳置换算法是无法实现的。

## 先进先出置换算法（FIFO） ##

先进先出置换算法(FIFO) ：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。队列的最大长度取决于系统为进程分配了多少个内存块。

FIFO算法虽然实现简单，但是该算法与进程实际运行时的规律不适应，因为先进入的页面也有可能最经常被访问。因此，算法性能差。

## 最近最久未使用置换算法（LRU） ##

最近最久未使用置换算法(LRU, least recently used) ：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自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。

该算法的实现需要专门的硬件支持，虽然算法性能好，但是实现困难，开销大。

## 时钟置换算法（CLOCK） ##

最佳置换算法性能最好，但无法实现;

先进先出置换算法实现简单，但算法性能差;

最近最久未使用置换算法性能好，是最接近OPT算法性能的，但是实现起来需要专门的硬件支持，算法开销大。

时钟置换算法是一种性能和开销较均衡的算法，又称CLOCK算法，或最近未用算法(NRU, NotRecently Used )

简单的CLOCK算法实现方法:为每个页面设置一个访问位，再将内存中的页面都通过链接指针链接成一个循环队列。当某页被访问时，其访问位置为1。当需要淘汰一个页面时，只需检查页的访问位。

如果是0，就选择该页换出;如果是1，则将它置为0，暂不换出，继续检查下一个页面，若第一轮扫描中所有页面都是1，则将这些页面的访问位依次置为0后，再进行第二轮扫描(第二轮扫描中一定会有访问位为0的页面，因此简单的CLOCK算法选择–个淘汰页面最多会经过两轮扫描)

## 改进的时钟置换算法 ##

简单的时钟置换算法仅考虑到一个页面最近是否被访问过。事实上，如果被淘汰的页面没有被修改过,就不需要执行I/0操作写回外存。只有被淘汰的页面被修改过时，才需要写回外存。  
      因此，除了考虑一个页面最近有没有被访问过之外，操作系统还应考虑页面有没有被修改过。在其他条件都相同时，应优先淘汰没有修改过的页面，避免I/0操作。这就是改进型的时钟置换算法的思想。

修改位=0，表示页面没有被修改过;修改位=1，表示页面被修改过。

为方便讨论，用(访问位，修改位)的形式表示各页面状态。如(1, 1)表示一个页面近期被访问过，且被修改过。

算法规则:将所有可能被置换的页面排成一个循环队列

第一轮:从当前位置开始扫描到第一个(0, 0)的帧用于替换。本轮扫描不修改任何标志位。

第二轮:若第一轮扫描失败，则重新扫描，查找第一个(0, 1)的帧用于替换。本轮将所有扫描过的帧访问位设为0。

第三轮:若第二轮扫描失败，则重新扫描，查找第一个(0, 0)的帧用于替换。本轮扫描不修改任何标志位。

第四轮:若第三轮扫描失败，则重新扫描，查找第一个(0, 1)的帧用于替换。

由于第二轮已将所有帧的访问位设为0，因此经过第三轮、第四轮扫描一定会有一个帧被选中，因此改进型CLOCK置换算法选择一个淘汰页面最多会进行四轮扫描。

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