页面置换算法-OPT + FIFO + LRU+CLOCK_利用opt、fifo和lru算法计算缺页率,在每次页面置换前输出内存中的页面编号,进行置

1.页面置换算法之OPT
1.1 概念
优先淘汰最长时间内不会被访问的页面，缺页率最小，性能最好，但是无法实现

1.2 例题
假设系统为某进程分配三个内存块，并考虑到有一个页面号引用串。依次访问以下页面：
7，0，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，1，2，0，1，7，0，1

 

步骤1：首先页面7进入内存块1
步骤2：还有剩余的内存块，将页面0放入内存块2
步骤3：还有剩余的内存块，将页面1放入内存块3
步骤4：要访问页面2，内存块已经占满，此时进行淘汰。现在内存块中有：7，0，1。优先淘汰最长时间内不会被访问的页面，从当前访问的页面2，往后面进行寻找，最后出现的页面就是要淘汰的。0，3，0，4，2，3，0，3，2，1，2，0，1，7，0，1，即第一次找到的为0，第二次找到的为1，第三次找到的为7。因此淘汰的为7。如图用页面2替换页面7。
步骤5：依次进行。。。。

整个过程缺页中断=9次，页面置换=6次，因此缺页时未必发生页面置换。若有空闲内存块就不用页面置换。缺页率=9/20=45%
2.页面置换算法之FIFO
2.1 概念
优先淘汰最先进入内存的页面，实现简单，但是性能很差，可能出现belady异常

2.2 例题
假设系统为某进程分配三个内存块，并考虑到有一个页面号引用串。依次访问以下页面：
3，2，1，0，3，2，4，3，2，1，0，4

 

步骤1：首先页面3进入内存块1
步骤2：还有剩余的内存块，将页面2放入内存块2
步骤3：还有剩余的内存块，将页面1放入内存块3
步骤4：要访问页面0，内存块已经占满，此时进行淘汰。现在内存块中有：3-2-1,页面3是最早进入内存的，优先淘汰。因此用页面0替换页面。（与队列的先进先出类似）
步骤5：依次进行。。。。

缺页次数=9次，缺页率=9/12=75%
2.3 Belady异常
Belady异常：当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。
只有FIFO算法产生 Belady异常。

3.页面置换算法之LRU
3.1 概念
优先淘汰最近最久没有访问的页面，性能很好，但是需要硬件支持，算法开销大

3.2 例题
假设系统为某进程分四个内存块，并考虑到有一个页面号引用串。依次访问以下页面：
1，8，1，7，8，2，7，2，1，8，3，8，2，1，3，1，7，1，3，7

 

步骤1：首先页面1进入内存块1
步骤2：还有剩余的内存块，将页面8放入内存块2
步骤3：页面1已经放入内存块1，直接跳过，无需置换
步骤4：还有剩余的内存块，将页面7放入内存块3
步骤5：页面8已经放入内存块2，直接跳过，无需置换
步骤6：还有剩余的内存块，将页面7放入内存块3
步骤6：还有剩余的内存块，将页面2放入内存块4
步骤7：依次，页面7，2，1，8，无需置换
步骤8：要访问页面3，内存块已经占满，此时进行淘汰。优先淘汰最近最久没有访问的页面：首先内存中有页面1，8，7，2。从页面3开始逆向扫描：依次为：8，1，2，7。最后被扫描的为页面7，因此被淘汰。页面3置换了页面7。
步骤9：依次进行。。。

4.页面置换算法之CLOCK(NRU)
4.1 概念
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 算法选择一个淘汰页面最多会经过两轮扫描)

4.2 例题
假设系统为某进程分五个内存块，并考虑到有一个页面号引用串。依次访问以下页面：
1，3，4，2，5，6，3，4，7

 

注释：访问位=1：表示最近访问过；访问位=0，表示没有访问过。
步骤1：依次将不重复的页面，加入内存，如图所示(上）。
步骤2：当页面6进行访问时，此时已经没有内存块。进行淘汰：从队首开始扫描（1号页面)
,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。如图所示(下）

 

步骤3：再进行第二轮扫描，第一个访问位为0的页面，即被替换掉。因此页面6替换页面1。
步骤4：接下来依次访问3号页，4号页，把其置为1。
步骤5. 访问7号页，由于7号页不在内存中。从步骤3中置换的页面的下一个页面开始，进行扫面，找到一个访问号为0的页号，可以看到是2号页。然后用7号页替换2号页。
步骤6：依次进行。。。