缺页中断处理过程和页面置换算法
大作业用先进先出(FIFO)页面调度算法处理缺页中断
实验四 用先进先出（FIFO ）页面调度算法处理缺页中断1．实验目的深入了解页式存储管理如何实现地址转换；进一步认识页式虚拟存储管理中如何处理缺页中断。
2．实验预备知识页式存储管理中的地址转换的方法；页式虚拟存储的缺页中断处理方法。
3．实验内容编写程序完成页式虚拟存储管理中地址转换过程和模拟缺页中断的处理。
实验具体包括：首先对给定的地址进行地址转换工作，若发生缺页则先进行缺页中断处理，然后再进行地址转换；最后编写主函数对所作工作进程测试。
假定主存64KB ，每个主存块1024字节，作业最大支持到64KB ，系统中每个作业分得主存块4块。
4．提示与讲解页式存储管理中地址转换过程很简单，假定主存块的大小为2n 字节，主存大小为2m'字节和逻辑地址m 位，则进行地址转换时，首先从逻辑地址中的高m-n 位中取得页号，然后根据页号查页表，得到块号，并将块号放入物理地址的高m'-n 位，最后从逻辑地址中取得低n 位放入物理地址的低n 位就得到了物理地址，过程如图1所示。
图1 页式存储管理系统地址转换示意图地址转换是由硬件完成的，实验中使用软件程序模拟地址转换过程，模拟地址转换的流程图如图2所示（实验中假定主存64KB ，每个主存块1024字节，逻辑地址即n=10,m'=16，物理地址中块号6位、块内地址10位；作业最大64KB，即m=16，逻辑地址中页号6位、页内地址10位）。
在页式虚拟存储管理方式中，作业信息作为副本放在磁盘上，作业执行时仅把作业信息的部分页面装入主存储器，作业执行时若访问的页面在主存中，则按上述方式进行地址转换，若访问的页面不在主存中，则产生一个“缺页中断”，由操作系统把当前所需的页面装入主存储器后，再次执行时才可以按上述方法进行地址转换。
页式虚拟存储管理方式中页表除页号和该页对应的主存块号外，至少还要包括存在标志（该页是否在主存），磁盘位置（该页的副本在磁盘上的位置）和修改标志（该页是否修改过）。
FIFO页面置换算法
FIFO 页面置换算法什么是页面置换算法？在操作系统中，进程需要使用内存来进行运行。
但是内存并不是无限的，所以操作系统需要管理内存的分配和释放。
当进程需要使用内存时，操作系统会将必要的数据和指令从硬盘上加载到内存中。
但是当内存被占满时，操作系统需要使用一种称为“页面置换算法”的技术来更好地管理内存。
页面置换算法的主要作用是在内存占满的情况下将最少使用的页面（或者是内存块）替换出去，以便其他进程可以使用内存。
页面置换算法是现代操作系统中非常重要的一部分。
什么是FIFO页面置换算法？FIFO是一种古老的页面置换算法，也是最简单的一种页面置换算法之一。
FIFO的全称是First In First Out，中文名叫做先进先出算法。
FIFO算法的核心思想是，先进入内存的页面（或内存块）是最先被替换出去的。
这就好比是一个排队等车的现象，先来的人先上车，后来的人只能等待。
FIFO页面置换算法的工作原理数据结构FIFO算法依赖于一个叫做FIFO队列的数据结构。
FIFO队列是一种先进先出的队列。
当一个页面进入内存时，它就被加入到FIFO队列的队尾。
当需要替换页时，页表中列出的第一个页面就是队列的第一个（最早加入）页面，这个页面就是要替换出去的页面。
工作流程FIFO页面置换算法的工作流程可以分为以下几个步骤：1.算法初始化。
在FIFO算法使用前，需要初始化一个FIFO队列来记录进入内存的各个页面的顺序。
2.操作系统请求内存。
当操作系统需要加载新的页面或内存块时，检查内存是否已经满了。
如果内存已满，则需要使用页面置换算法来选择要替换掉的页面。
3.根据FIFO队列来选择将要替换的页面。
从FIFO队列中选择最早加入的页面来替换。
这个页面就是队列中的第一个元素。
4.更新FIFO队列。
因为要替换掉一个页面，所以我们需要更新FIFO队列。
将新进入内存的页面加入到FIFO队列的队尾。
5.将替换出的页面写回到硬盘上。
在进行页面置换之前，需要将要替换出去的页面的数据写回到硬盘上。
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。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
缺页中断的处理流程
缺页中断的处理流程
一、缺页中断的检测阶段
1.检测缺页中断
（1）CPU访问内存发现缺页
（2）操作系统接收到缺页异常信号
2.确认缺页类型
（1）缺页是否为无效页
（2）缺页是否为合法但不在内存中的页
二、缺页中断的处理阶段
1.选择缺页置换算法
（1）FIFO算法
（2）最近最久未使用算法（LRU）
2.确定置换页
（1）选择待替换的页
（2）检查待替换页的修改位
3.选择加载页
（1）确定需加载的页
（2）从磁盘读取页到内存
三、缺页中断的恢复阶段
1.更新页表
（1）将新加载的页添加到页表
（2）更新页表中的相关信息
2.恢复进程执行
（1）恢复进程执行的指令
（2）将控制权返回给用户程序
四、缺页中断的优化阶段
1.页面预调度
（1）提前将可能被访问的页面加载到内存（2）减少缺页中断的发生频率
2.页面置换算法优化
（1）评估不同置换算法的性能
（2）根据系统负载动态调整置换算法。
缺页中断的解决方法
缺页中断的解决方法
在操作系统中，缺页中断是一种常见的问题。
它通常发生在当进程需要读取或写入的页面不在主存中时。
这时，操作系统会发出一个缺页中断，然后将页面从磁盘读入主存。
但是，如果系统频繁地出现缺页中断，将会导致系统性能下降。
因此，解决缺页中断问题是非常重要的。
以下是几种解决缺页中断的方法：
1.增加内存容量：增加内存容量是最直接的方法，因为它可以使更多的页面保存在主存中。
这将减少缺页中断的发生率，从而提高系统的性能。
2.使用页面置换算法：在内存容量有限的情况下，页面置换算法可以被用来选择哪些页面需要保留在主存中。
常用的页面置换算法包括最近最少使用算法（LRU）和先进先出算法（FIFO）等。
3.使用预取技术：预取技术是一种通过提前将可能需要的页面预先读入主存来减少缺页中断的方法。
这种技术可以根据进程的访问模式来进行优化，例如，预测性读取可以根据进程的历史访问模式来选择预读取哪些页面。
总之，缺页中断是操作系统中的一个普遍问题，但可以通过增加内存容量、使用页面置换算法和使用预取技术等方法来解决。
这些方法有助于提高系统性能和用户体验。
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缺页中断——精选推荐
缺页中断缺页中断就是要访问的页不在主存，需要操作系统将其调⼊主存后再进⾏访问。
在这个时候，被内存的⽂件实际上成了⼀个分页交换⽂件。
缺页中断的次数中断次数=进程所物理块数+页⾯置换次数。
系统抖动在请求分页存储管理中，从主存（DRAM）中刚刚换出（Swap Out）某⼀页⾯后（换出到Disk），根据请求马上⼜换⼊（Swap In）该页，这种反复换出换⼊的现象，称为系统颠簸，也叫系统抖动。
产⽣该现象的主要原因是置换算法选择不当。
1.如果分配给进程的存储块数量⼩于进程所需要的最⼩值，进程的运⾏将很频繁地产⽣缺页中断，这种频率⾮常⾼的页⾯置换现象称为抖动。
解决⽅案优化置换算法。
2.在请求分页存储管理中，可能出现这种情况，即对刚被替换出去的页，⽴即⼜要被访问。
需要将它调⼊，因⽆空闲内存⼜要替换另⼀页，⽽后者⼜是即将被访问的页，于是造成了系统需花费⼤量的时间忙于进⾏这种频繁的页⾯交换，致使系统的实际效率很低，严重导致系统瘫痪，这种现象称为抖动现象。
解决⽅案运⽤局部性原理优化置换算法。
危害：系统时间消耗在低速的I/O上，⼤⼤降低系统效率。
进程对当前换出页的每⼀次访问，与对RAM中页的访问相⽐，要慢⼏个数量级。
指两台或两台以上的计算机互通信息，现也泛指所有具有通讯及能⼒的设备之间的相互通信⼯作。
如⼀个机房可以构成⼀个局域，每台计算机都可以互相访问。
、智能⼿机等与计算机之间的通信也可以叫做联机。
⼀个城市所有的，也是联机系统。
当今的互联⽹就是⼀个巨⼤的联机系统，它联接的是世界上的所有⼯作中的计算机。
常见的联机应⽤有：联机帮助、联机服务、联机检索、、等。
与联机相反的是单机，指⼀台计算机独⽴完成某个任务。
当(例如终端和打印机等)直接连到计算机主机上,并在中央处理机控制下⼯作的状态称为联机。
联机时终端可将信息送往计算机,⽽打印机也可以打印计算机中的信息。
操作系统：FIFO算法详解及代码演示
操作系统：FIFO算法详解及代码演⽰FIFO算法FIFO算法是最简单的页⾯置换算法。
FIFO算法为每个页⾯记录了调到内存的时间。
当必须置换页⾯的时候，选择最旧的页⾯。
通俗来说，每次进⼊主存的时候如果主存中不存在这个页⾯，那么最先进⼊的页⾯出队。
如果主存存在这个页⾯，那么内存不动。
下⾯是C++⾯向对象写法代码。
这个说明⼀下为什么不⽤容器Queue。
是因为queue并没有迭代器，所以⽆法去寻找⾥⾯是否含有某块页⾯。
直接使⽤线性表即可，⽅便简单且快速。
// 在分页式虚拟存储管理中，要求通过键盘输⼊分配给⼀个作业的物理块数和作业依次访问的10个页⾯号，// 采⽤先进先出（FIFO）页⾯置换后// ，顺序输出缺页中断时所淘汰的页⾯号，并计算缺页中断率。
#include <iostream>using namespace std;#define MAX 20class Work{public:void seta(){int c, i = 1;cout << "输⼊10个页⾯号,以任意符号结尾" << endl;cin >> c;a[0] = c;while (cin >> c){a[i] = c;i++;}}void geta(){cout << "10个页⾯号分别为: ";for (int i = 0; i < 10; i++){cout << a[i] << " ";}cout << endl;}int index(int i){return a[i];}~Work(){cout<<"work 已被释放"<<endl;}private:int a[10];};class space{public:// 初始化构造函数，把除了物理块⼤⼩的其他空间都设置成其他值// 将初始化空间设置成-1space(int i){size=i;for (int j = 0; j < i; j++){s[j] = -1;}}// 显⽰物理块现在的状态void getSpace(){int i=0;cout<<"-------------物理块现在的状态是-------------"<<endl; while(s[i]!=-999){if(s[i]==-1){cout<<"NaN"<<" -||- ";i++;continue;}cout<<s[i]<<" -||- ";i++;}cout<<endl;cout<<"------------------------------------------"<<endl;}int find(int n){for(int i=0;i<size;i++){if(s[i]==n){return i;}}return -1;}// 先进先出，去掉第⼀个物理块，改变最后⼀个物理块。
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缺页中断处理过程和页面置换算法是计算机内存管理中的重要概念。
缺页中断是指当程序访问的页面不在内存中时，产生的一种异常。
页面置换算法则是用于在内存中找不到空闲页面时，选择哪个页面将其移出内存，以便为新的页面腾出空间。
下面将详细介绍缺页中断处理过程和页面置换算法的原理及实现。
一、缺页中断处理过程
当程序访问一个页面时，首先会检查页表，页表是一个记录了虚拟页号与物理页号映射的数据结构。
如果所要访问的页面在内存中，则直接使用；如果页面不在内存中，则会产生缺页中断。
缺页中断处理过程如下：
1. 当发生缺页中断时，CPU会停止当前正在执行的指令，并将控制权交给操作系统。
2. 操作系统收到缺页中断请求后，会查找该页面在磁盘中的位置，并读取该页面数据到内存中。
3. 在内存中找到空闲的页面，将读取的页面数据写入该空闲页面。
4. 更新页表，将虚拟页号与物理页号的映射关系记录到页表中。
5. 重新启动CPU，继续执行之前被中断的指令。
二、页面置换算法
当内存中没有空闲页面时，需要选择一个页面将其移出内存，为新的页面腾出空间。
页面置换算法就是用来确定哪个页面被替换的规则。
下面介绍几种常见的页面置换算法：
1. 先进先出（FIFO）算法：FIFO算法选择最早进入内存的页面进行替换。
实现时可以使用一个队列来记录每个页面进入内存的时间，当需要替换页面时，选择队列头部的页面进行替换。
FIFO算法简单易实现，但性能较差，可能导致常用页面被频繁替换。
2. 最近最少用（LRU）算法：LRU算法选择最久未使用的页面进行替换。
实现时需要维护一个使用频率的链表，当发生缺页中断时，选择链表头部的页面进行替换。
LRU算法理论上较优，但实现复杂，需要维护链表和访问计数。
3. 最佳置换（OPT）算法：OPT算法选择未来最长时间内不再被访问的页面进行替换。
这是一个理想化的算法，实际中无法实现，但可以用来评估其他算法的性能。
4. 时钟（CLOCK）算法：CLOCK算法结合了FIFO算法和LRU算法的特点，选择距离当前时间最近且最久未使用的页面进行替换。
实现时使用一个环形缓冲区来模拟时钟，每个页面都有一个对应的时间槽，当发生缺页中断时，选择时间槽最早的页面进行替换。
综上所述，缺页中断处理过程和页面置换算法是计算机内存管理中重要的概念。
缺页中断处理过程负责处理程序访问的页面不在内存中的情况，而页面置换算法用于在内存中找不到空闲页面时，选择哪个页面将其移出内存。
不同的页面置换算法有不同的特点和性能表现，实际应用中需要根据具体需求选择合适的算法。