页面置换算法java代码实现页面置换算法的重要性

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mob6454cc623087 2024-07-01 12:58:37

文章标签 页面置换算法java代码实现操作系统页面替换算法换出缺页 文章分类 Java 后端开发

对页面置换算法的理解：

页面置换算法java代码实现页面置换算法的重要性_页面置换算法java代码实现

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：

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：

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：

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。