Linux——缺页中断与内存置换算法，你想知道的都在这里！_lru置换算法计算432143543215

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，被内存映射的文件实际上成了一个分页交换文件。
一句话概括：当前虚拟地址要找的数据不在物理内存中

页面置换算法

进程运行过程中，如果发生缺页中断，而此时内存中有没有空闲的物理块是，为了能够把所缺的页面装入内存，系统必须从内存中选择一页调出到磁盘的对换区。但此时应该把那个页面换出，则需要根据一定的页面置换算法（Page Replacement Algorithm)来确定。

缺页次数

物理块+页面置换次数

题目如下：

一、先进先出（FIFO）

把内存中驻留时间最久的页面置换算法予以淘汰

例子：

在分页中，采用FIFO页面置换算法，序列 1、3、2、1、2、1、5、1、2、3，当物理块为3时，计算缺页次数和缺页率？

算法执行如下操作步骤：

1. 程序运行，将1、3、2三个页面装入内存
2. 接着1、2、1已经有存在内存，不必产生缺页中断
3. 访问页面5时，内存中不存在该页面，发生缺页中断，根据FIFO算法，先进先出，将1置换出去
4. 访问页面1时，内存中不存在该页面，发生缺页中断，根据FIFO算法，先进先出，将页面3置换出去
5. 访问页面3时，内存中不存在该页面，发生缺页中断，根据FIFO算法，先进先出，将2置换出去

总共进行了三次页面置换，所以缺页数=3+3=6，缺页率为6/10=0.6；

优点：先进先出算法实现简单，是最直观的一个算法
缺点：性能最差，可能出现Belady 异常：当所分配的物理块数增大而页故障数不减反增的异常现象

二.最近最久未使用（LRU）

选择最近且最久未被使用的页面进行淘汰

例子：

在分页中，采用LRU页面置换算法，序列 1、3、2、1、2、1、5、1、2、3，当物理块为3时，计算缺页次数和缺页率？

算法执行如下操作步骤：

1. 程序运行，将1、3、2三个页面装入内存
2. 接着1、2、1已经有存在内存，不必产生缺页中断
3. 访问页面5时，内存中不存在该页面，发生缺页中断，根据LRU算法，页面1、3、2中3最近且最久未被使用，将3置换出去
4. 访问页面3时，内存中不存在该页面，发生缺页中断，根据LRU算法，页面5、1、2中5最久未被使用，将页面5置换出去

总共进行了两次页面置换，所以缺页数=3+2=5，缺页率为5/10=0.5；

优点：LRU性能较好，但需要寄存器和栈的硬件支持。LRU是堆栈类的算法。理论上可以证明，堆栈类算法不可能出现Belady异常。FIFO算法基于队列实现，不是堆栈类算法。

三、最佳置换算法（OPT）

当要调入一页而必须淘汰旧页时，应该淘汰以后不再访问的页，或距现在最长时间后要访问的页面，即被淘汰页面是以后永不使用或最长时间内不再访问的页面。

例子：

在分页中，采用OPT页面置换算法，序列 1、3、2、1、2、1、5、1、2、3，当物理块为3时，计算缺页次数和缺页率？

算法执行如下操作步骤：

1. 程序运行，将1、3、2三个页面装入内存
2. 接着1、2、1已经有存在内存，不必产生缺页中断
3. 访问页面5时，内存中不存在该页面，发生缺页中断，根据OPT算法，页面1、3、2中3最长时间内不被访问，将3置换出去
4. 访问页面3时，内存中不存在该页面，发生缺页中断，根据OPT算法，将5置换出去

总共进行了两次页面置换，所以缺页数=3+2=5，缺页率为5/10=0.5；

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