操作系统页面置换算法

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操作系统-页面置换算法

操作系统-页面置换算法

操作系统-页面置换算法操作系统页面置换算法在操作系统中,页面置换算法是一项至关重要的技术,它主要用于管理内存中的页面,当内存空间不足时,决定哪些页面应该被替换出去,为新的页面腾出空间。

这一过程对于系统的性能和效率有着直接的影响。

想象一下,内存就像是一个有限大小的书架,而页面就像是一本本书。

当书架已经满了,但我们还想放入新的书时,就必须要把一些书拿出来,为新书腾出位置。

页面置换算法就是决定拿哪本书出来的规则。

常见的页面置换算法有多种,下面我们来详细了解一下。

首先是先进先出(FIFO)算法。

它的原理就像排队一样,先进入内存的页面先被替换出去。

这种算法实现起来比较简单,但可能会出现一种叫做“Belady 异常”的现象,即增加分配给进程的物理块数量时,反而可能会导致缺页率增加。

这是因为可能先进入的页面是经常被使用的,而后面进来的是不常使用的,这样就容易造成错误的替换。

接下来是最近最久未使用(LRU)算法。

它的思路是把最近一段时间内最久没有被使用的页面替换出去。

这种算法的性能通常比较好,因为它更能反映页面的实际使用情况。

但它的实现相对复杂,需要额外的硬件支持或者通过软件来模拟实现。

然后是最近未使用(NRU)算法。

这个算法会把页面分为四类:未被访问且未被修改、未被访问但已被修改、已被访问但未被修改、已被访问且已被修改。

然后根据这些分类来选择替换的页面。

它的优点是实现相对简单,但可能不如 LRU 算法那么精确。

还有一种叫做时钟(Clock)算法,也称为第二次机会算法。

它把所有的页面组成一个环形链表,通过一个指针来遍历。

当需要替换页面时,如果页面的访问位是 0 ,则直接替换;如果是 1 ,则将其访问位置为 0 ,然后指针继续移动,直到找到访问位为 0 的页面。

除了以上这些,还有最优(OPT)算法。

这是一种理想的算法,它会选择未来最长时间内不会被使用的页面进行替换。

但由于它需要预先知道未来的页面访问情况,所以在实际中是无法实现的,通常只是用来作为评估其他算法性能的标准。

操作系统-页面置换算法

操作系统-页面置换算法
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第一章 操作系统引论
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R5Biblioteka R4R3R2
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图5-6 某进程具有8个页面时的LRU访问情况
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第一章 操作系统引论
2) 栈 可利用一个特殊的栈保存当前使用的各个页面的页面号。 每当进程访问某页面时,便将该页面的页面号从栈中移出, 将它压入栈顶。因此,栈顶始终是最新被访问页面的编号, 而栈底则是最近最久未使用页面的页面号。假定现有一进程, 它分有五个物理块,所访问的页面的页面号序列为:
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第一章 操作系统引论
图5-4 利用FIFO置换算法时的置换图
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第一章 操作系统引论
5.3.2 最近最久未使用和最少使用置换算法 1. LRU(Least Recently Used)置换算法的描述 FIFO置换算法的性能之所以较差,是因为它所依据的条
件是各个页面调入内存的时间,而页面调入的先后并不能反 映页面的使用情况。最近最久未使用(LRU)的页面置换算法 是根据页面调入内存后的使用情况做出决策的。

操作系统页面置换算法(opt,lru,fifo,clock)实现

操作系统页面置换算法(opt,lru,fifo,clock)实现

操作系统页⾯置换算法(opt,lru,fifo,clock )实现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。

常见的置换算法有以下四种(以下来⾃操作系统课本)。

1. 最佳置换算法(OPT)最佳(Optimal, OPT)置换算法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。

但由于⼈们⽬前⽆法预知进程在内存下的若千页⾯中哪个是未来最长时间内不再被访问的,因⽽该算法⽆法实现。

最佳置换算法可以⽤来评价其他算法。

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进程运⾏时,先将7, 0, 1三个页⾯依次装⼊内存。

进程要访问页⾯2时,产⽣缺页中断,根据最佳置换算法,选择第18次访问才需调⼊的页⾯7予以淘汰。

然后,访问页⾯0时,因为已在内存中所以不必产⽣缺页中断。

访问页⾯3时⼜会根据最佳置换算法将页⾯1淘汰……依此类推,如图3-26所⽰。

从图中可以看出⾤⽤最佳置换算法时的情况。

可以看到,发⽣缺页中断的次数为9,页⾯置换的次数为6。

图3-26 利⽤最佳置换算法时的置换图2. 先进先出(FIFO)页⾯置换算法优先淘汰最早进⼊内存的页⾯,亦即在内存中驻留时间最久的页⾯。

该算法实现简单,只需把调⼊内存的页⾯根据先后次序链接成队列,设置⼀个指针总指向最早的页⾯。

但该算法与进程实际运⾏时的规律不适应,因为在进程中,有的页⾯经常被访问。

图3-27 利⽤FIFO 置换算法时的置换图这⾥仍⽤上⾯的实例,⾤⽤FIFO 算法进⾏页⾯置换。

进程访问页⾯2时,把最早进⼊内存的页⾯7换出。

然后访问页⾯3时,再把2, 0, 1中最先进⼊内存的页换出。

lru 页面置换算法

lru 页面置换算法

LRU 页面置换算法1. 简介LRU(Least Recently Used)页面置换算法是一种常用的操作系统内存管理算法,用于在内存不足时决定哪些页面应该被置换出去以腾出空间给新的页面。

LRU算法基于一个简单的原则:最近最少使用的页面应该被置换。

在计算机系统中,内存是有限的资源,而运行程序所需的内存可能超过可用内存大小。

当系统发现没有足够的空闲内存来加载新页面时,就需要选择一些已经在内存中的页面进行替换。

LRU算法就是为了解决这个问题而设计的。

2. 原理LRU算法基于一个简单的思想:如果一个页面最近被访问过,那么它将来可能会再次被访问。

相反,如果一个页面很久没有被访问过,那么它将来可能不会再次被访问。

根据这个思想,LRU算法将最近最少使用的页面置换出去。

具体实现上,可以使用一个数据结构来记录每个页面最近一次被访问的时间戳。

当需要替换一页时,选择时间戳最早(即最久未访问)的页面进行替换即可。

3. 实现方式LRU算法的实现可以基于多种数据结构,下面介绍两种常见的实现方式。

3.1 使用链表一种简单的实现方式是使用一个双向链表来记录页面的访问顺序。

链表头部表示最近访问过的页面,链表尾部表示最久未被访问过的页面。

每当一个页面被访问时,将其从原位置移动到链表头部。

当需要替换一页时,选择链表尾部的页面进行替换。

这种实现方式的时间复杂度为O(1),但空间复杂度较高,为O(n),其中n为内存中可用页面数。

class Node:def __init__(self, key, value):self.key = keyself.value = valueself.prev = Noneself.next = Noneclass LRUCache:def __init__(self, capacity):self.capacity = capacityself.cache = {}self.head = Node(0, 0)self.tail = Node(0, 0)self.head.next = self.tailself.tail.prev = self.headdef get(self, key):if key in self.cache:node = self.cache[key]self._remove(node)self._add(node)return node.valueelse:return -1def put(self, key, value):if key in self.cache:node = self.cache[key]node.value = valueself._remove(node)self._add(node)else:if len(self.cache) >= self.capacity:del self.cache[self.tail.prev.key] self._remove(self.tail.prev)node = Node(key, value)self.cache[key] = nodeself._add(node)def _remove(self, node):prev = node.prevnext = node.nextprev.next = nextnext.prev = prevdef _add(self, node):head_next = self.head.nextself.head.next = nodenode.prev = self.headnode.next = head_nexthead_next.prev = node3.2 使用哈希表和双向链表另一种实现方式是使用一个哈希表和一个双向链表。

操作系统页面置换算法课程设计

操作系统页面置换算法课程设计

操作系统课程设计报告书一、设计目的学习计算机软件技术,特别是计算机操作系统技术,除了需要刻苦努力外,还需要掌握软件和操作系统的原理与设计技巧。

本设计木的是通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计,了解虚拟存储技术的特点,掌握请求页式存储管理的页面置换算法。

二、设计任务1、通过随机数产生一个指令序列,共320条指令。

指令的地址按下述原则生成:50%的指令是顺序执行的;25%的指令是均匀分布在前地址部分;25%的指令是均匀分布在地址部分。

2、将指令序列换成为页地址流。

3、计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。

(1)先进先出的算法(FIFO);(2)最近最少使用算法(LRU);(3)最近最不经常使用算法(NUR);三、设计内容与步骤分页存储管理将一个进程的逻辑地址空间分成若干大小相等的片,称为页面或页。

1、调页策略1)何时调入页面2)请求调页策略2、从何处调入页面(1) 系统拥有足够的对换区空间,这时可以全部从对换区调入所需页面,以提高调页速度。

为此,在进程运行前,便须将与该进程有关的文件,从文件区拷贝到对换区。

(2) 系统缺少足够的对换区空间,这时凡是不会被修改的文件,都直接从文件区调入;而当换出这些页面时,由于它们未被修改而不必再将它们换出时,以后需要时,再从对换区调入。

(3) UNIX方式。

由于与进程有关的文件都放在文件区,故凡是未运行过的页面,都从文件区调入。

而对于曾经运行过但又被换出的页面,由于被放在对换区,因此在下次时,应从对换区调入。

由于UNIX系统允许页面共享,因此,某进程所请求的页面有可能已被其它进程调入内存,此时也就无须再从对换区调入。

3、页面调入过程四、页面置换算法在进程运行过程中,若其所要访问的页面不在内存而需把它们调入内存,但内存已无空闲空间时,为了保证该进程能正常运行,系统必须从内存中调出一页程序或数据,送磁盘的对换区中。

但应将哪个页面调出,须根据一定的算法来确定。

常见的页面置换算法

常见的页面置换算法

常见的页面置换算法1.概述页面置换算法是操作系统中用于管理内存的一种算法,其目的是确保可用内存的最大化并实现对内存的高效使用。

在操作系统中,当进程所需的内存空间超出了可用的物理内存空间时,操作系统就需要从主存中选择一些页面腾出空间来装载进程所需的页面。

这就需要使用页面置换算法。

2.常见的页面置换算法2.1最优页面置换算法(OPT)最优页面置换算法是一种理论上的置换算法。

它的核心思想是通过计算进程未来访问各个页面的时间和距离,来推断出离当前时间最久的页面。

这种算法的优点是能够保证页面置换的最优性,但是它需要预先知道进程未来所有的页面调度情况,这在实际应用中是不可行的。

2.2先进先出(FIFO)置换算法先进先出置换算法是一种很简单的置换算法,它选取主存中驻留时间最长的页面作为替换目标。

优点是实现简单,但是缺点是可能会引发置换震荡问题。

2.3最近最久未使用算法(LRU)最近最久未使用算法是一种比较常用的页面置换算法,其核心思想是将驻留时间久且最近一次使用时间早的页面视为需要置换的页面。

相对于FIFO算法,LRU算法能够保证更高的页面命中率和更小的置换次数。

2.4时钟置换算法(Clock)时钟置换算法是一种改进型的FIFO算法。

该算法使用一个环形队列来存储主存中的页面位置信息。

当需要置换页面时,指针先指向队列首位置,遍历队列并且在第一遍扫描时,将页框的访问位ACC设置为0。

第一遍扫描结束后,如果有页面的ACC位为0,就将其替换出去。

如果找不到未访问页面,指针再回到队列首位置,以此类推,直到找到为止。

3.总结以上所述的几种页面置换算法是操作系统中常见的算法。

它们各有优点和缺点,在实际应用中,需要根据实际情况进行选择。

在选择算法后,还需要对其进行适当的调整,以满足实际需求。

操作系统中页面置换算法的对比研究

操作系统中页面置换算法的对比研究

使用页 面情况 预测未来 使用 情况 ,选择最 近最少 使 用 的页 面进行置 换 ,即置换最 长时 间未被 使用 的页
闲的空 间 ,为 了确保 系统 中的进程 能正 常运行 ,就 涉及 到 内存和磁 盘 的程 序或数 据交换 。然 而将 哪些
最近 最少使 用 ( at ee t sd R )算 法 1 s rcnl ue ,L U e y
【 l _
[ m “的基 本思想 是 :依 据物理 块 中最 近 3 1
弓 言 I
r h s。 im) t m 4 37, m m,7-6 33 卜
页 面置 换 算 法 [7 51, 1]1-7 - 35
11 先进 先 出页 面置换算 法 .
先进 先 出 (r r u,FF )算 法 的基本 i tn it fs i f s o t IO 思想 是 :每 次置换 最先调 人 内存 的页 面 ,即将 内存 中等 待时 间最 长 的页面进行 置换 。此算 法 的适 用范 围是顺 序结构程 序 。因为在 这种程 序 中 ,最先进 入 内存 的页面不再 被访 问的可 能性最 大 。但 在实 际应
h s wo p g e lc me ta o i t e e t a er p a e n g rt mswi e p rme a eu t a a y e o l h t h x e i ntl s l n l z d c mp r d. r s ae
Ke o d y W r s:f s rto a e rp a e n g r h ; e s e e t s d p g e lc me tag r h ; p r t g s s m; a e fu t ae i t n f s ut g e lc me ta o t m latr c n l u e a e rp e n o t m o ea i t r i i p l i y a l i n y e p g a l t r

opt置换算法

opt置换算法

opt置换算法什么是OPT置换算法?OPT置换算法是一种页面置换算法,用于解决操作系统中的页面置换问题。

该算法会根据未来最长时间内不会被使用的页面进行替换,以达到最优化的效果。

如何实现OPT置换算法?1. 确定缓存大小首先,需要确定缓存的大小。

缓存大小应该足够大,以便能够容纳系统中经常使用的页面。

2. 缓存初始化然后,需要将缓存初始化为空。

这意味着所有页面都没有被加载到内存中。

3. 页面请求当一个新的页面请求进入系统时,需要检查该页面是否已经在缓存中。

如果是,则不需要进行任何操作。

如果不是,则需要将该页面加载到缓存中。

4. 缺页处理当所有的缓存空间都被占满时,如果有新的页面请求进来,则需要进行缺页处理。

这时候就需要使用OPT算法来决定哪个页面应该被替换出去。

5. 实现OPT算法实现OPT算法可以分为以下几个步骤:(1)找到未来最长时间内不会被使用的页面。

(2)将该页面从缓存中移除,并将新请求的页面添加到其中。

6. 重复执行步骤3-5重复执行上述步骤,直到所有的页面请求都被处理完毕。

OPT算法的优缺点优点:1. 最优化:OPT算法可以保证在所有页面置换算法中得到最优解。

2. 简单易懂:OPT算法的实现方法相对简单,易于理解和实现。

缺点:1. 确定未来最长时间内不会被使用的页面是一个难题,需要进行一定的预测和分析。

2. 实际应用受限:由于需要对未来进行预测,因此在实际应用中受到一定的限制。

3. 空间复杂度高:OPT算法需要维护一个队列来存储未来时间内不会被使用的页面,因此空间复杂度较高。

结论总体而言,OPT置换算法是一种非常优秀的页面置换算法。

虽然它存在一些缺点,但是它可以保证在所有页面置换算法中得到最优解。

在实际应用中,我们可以根据具体情况选择合适的页面置换算法。

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count++; //缺页,count 加一次
}
for(k=0;k<memoryNum;k++)
{
if(memory[k]==-1)
cout<<" "<<"\t";
else
cout<<memory[k]<<"\t";
} if(flag && (replacedPage!=-1))
cout<<replacedPage;
次,同时保证本来空的内存仍保持 time=-1 }
//首先令其他页面的时间记录加一
memory[l]=pages[i]; memory[l].time=0;
//新页面存入 //刷新内存中这一页的时间记录,重新计时
} for(m=0;m<memoryLength;m++) {
if(memory[m].num == -1) cout<<" "<<"\t";
return k; }
int main() {
int memoryLength=3; //内存大小 Page *memory=new Page[memoryLength]; //内存 int pagesLength=20; //页面串长度 Page *pages=new Page[pagesLength]; //页面串 //Page replaced=new Page({-1,-1}); //被替换出来的页面 int replaced; int count=0; //缺页数
int i,j,k,l,m;
for(i=0;i<memoryLength;i++) {
memory[i].num=-1; memory[i].time=-1;
//初始化内存为空
}
//cout<<"请输入页面走向:"<<endl;
int temp[]={7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1};
输出:
LRU
7012030423032120170
701 223 34 23000112277
7 0 11 2 20 4 23 3 32 2 11 0 0
7 00 0 03 0 4 22 23 3 00 1 1
7
1
2304
0
3
2
共 12 次缺页
3.模拟“最佳更换(OPT)” 算法,
输出:
OPT
7012030423032120170
cout<<"下面采用最近最少使用页面置换方法,首列为页号:"<<endl;
for(i=0;i<pagesLength;i++)
{
cout<<pages[i].num<<":\t";
for(j=0;j<memoryLength;j++)
{
if(pages[i].num==memory[j].num)
//i 为遍历 p 的辅助变量
p 为内存,len 为内存大小
while(i<len) {
if(p[i].time==-1) {
return i; } i++; }
Page max=p[0]; i=0; while(i<len) {
if(max.time<p[i].time) {
max=p[i]; k=i; } i++; }
面:"<<endl;
cout<<endl;
//cout<<"页面号\t 内存块 内存块 内存块 替换出的页面"<<endl;
int count=0;
//计数缺页次数
int pointer=0; //指针指向要插入的位置
int replacedPage; //被替换出来的页面
bool flag;
//标志 pointer 是否移动位置
操作系统上机测试页面置换算法
利用 C 语言或 Pascal 语言编写程序,完成虚拟存储管理的页面淘汰过程。要求:从 键盘上输入允许进程占有的页架数及一个访问串,输出淘汰过程,并给出共发生的缺页 次数。
例如:从键盘上输入允许进程占有的页架数为:3 从键盘上输入一个访问串为:7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0
*/ #include <iostream> using namespace std;
struct Page {
int num; int time;
//记录最近的访问次数
};
int Max(Page *p,int len)//返回最老的一页的下标
{
int k=0; //k 记录最老页面的下标
int i=0;
cin>>pagesLength;
int *pages;
//记录页面
pages=new int [pagesLength];
cout<<"请输入页面走向:";
for(i=0;i<pagesLength;i++)
cin>>pages[i];
cout<<endl;
cout<<"下面采用先进先出页面置换方法,首列为页号,末列为从内存中替换出的页
int i,j,k;
//辅助遍历数组的变量
for(i=0;i<memoryNum;i++)
memory[i]=-1;
//建内存
//int pages[]={7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1};
int pagesLength;
cout<<"请输入页面长度:";
{
if(elem[i]==c[j])
break;
}
if(j==count)
//内存中不存在该页面
{
if(count==3)
//如果已满
{ int max[3]={20,20,20};
//声明一个数组用来记录内存
中的页面未来出现的的位置
for(int k=0;k<count;k++)
{
for(int e=i+1;e<20;e++)
7772
2
2
2
2
7
000
0
4
0
0
0
11
3
3
3
1
1
7
1
0
4
3
2
共 9 次缺页
注:输入/输出的格式任意,只要能反映淘汰过程即可。
1、 FIFO(先进先出)
源代码:
/* 从键盘上输入允许进程占有的页架数为:3 从键盘上输入一个访问串为:7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1 共 15 次缺页 */
l=Max(memory,memoryLength); //取出内存中最老一页的下标
//replaced=memory[k];
//最老的一页就是要替换出来的页面
replaced=memory[l].num;
for(k=0;k<memoryLength;k++) {
if(memory[k].time!=-1) memory[k].time++;
1.模拟“先进先出(FIFO)” 算法,输出:
FIFO
7012030423032120170
701 223 04 23000122270
7 0 11 2 30 4 23 3 30 1 11 2 7
7 00 1 23 0 4 22 23 0 00 1 2
7
012304
23
01
共 14 次缺页
2.模拟“最近最少用(LRU)” 算法
{
if(elem[e]==c[k])
break;
}
max[k]=e;
}
int maxc=0;
//找出内存页面中最靠后的一个页面
for(int h=1;h<count;h++)
{
if(max[h]>max[maxc])
maxc=h;
}
c[maxc]=elem[i];
//将目前页面存入内存中
lackcount++;
cout<<endl; }
cout<<"缺页次数:"<<count<<endl; return 0; }
2、LRU(最近最少使用)
/* 模拟"最近最少用(LRU)" 算法
从键盘上输入允许进程占有的页架数为:3 从键盘上输入一个访问串为:7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1 共 12 次缺页
int c[3]; int lackcount; int count; public: OPT() {
lackcount=0; count=0; c[0]=c[1]=c[2]=-1;
}
void run(int elem[],int n)
{
for(int i=0;i<n;i++)
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