最佳置换算法
操作系统十大算法具体内容
操作系统十大算法具体内容操作系统是计算机系统的核心组成部分，主要负责管理计算机的硬件资源和提供各种系统服务。
操作系统算法是操作系统实现各种功能和服务的基础，包括进程调度、内存管理、文件系统等方面。
下面将介绍操作系统中的十大算法，以及它们在操作系统中的具体内容：1.进程调度算法进程调度算法决定了操作系统如何选择就绪队列中的进程分配处理机资源。
常见的进程调度算法包括先来先服务调度算法（FCFS）、最短作业优先调度算法（SJF）、轮转调度算法（RR）等。
这些算法基于进程的优先级、执行时间、资源需求等考虑，来决定选择哪个进程获得处理机资源。
2.内存管理算法内存管理算法决定了如何有效地分配和回收内存资源。
常见的内存管理算法包括固定分区算法、动态分区算法和虚拟内存管理算法等。
这些算法根据进程的内存需求和空闲内存空间的情况，来决定如何分配和回收内存资源。
3.页面置换算法页面置换算法是一种在虚拟内存管理中使用的算法，用于将进程的页面从磁盘中换入内存，并选择合适的页面进行置换。
常见的页面置换算法有最佳置换算法（OPT）、先进先出置换算法（FIFO）、最近最少使用置换算法（LRU）等。
这些算法根据页面的访问情况和页面的驻留时间来决定选择哪个页面进行置换。
4.文件管理算法文件管理算法决定了如何组织和管理文件系统中的文件。
常见的文件管理算法有顺序文件组织算法、索引文件组织算法、哈希文件组织算法等。
这些算法根据文件的访问特点和性能需求，来决定如何组织和管理文件数据。
5.磁盘调度算法磁盘调度算法决定了操作系统如何调度磁盘上的IO请求，以提高磁盘的访问效率。
常见的磁盘调度算法有先来先服务调度算法（FCFS）、最短寻半径优先调度算法（SSTF）、扫描调度算法（SCAN）等。
这些算法根据磁盘的寻道距离和IO请求的到达时间等因素，来决定选择哪个IO请求进行调度。
6.死锁检测和解决算法死锁是指多个进程因为互相等待而无法继续执行的情况。
最佳页面置换算法
最佳页面置换算法(Optimal)（非常专业）评价一个算法的优劣,可通过在一个特定的存储访问序列（页面走向）上运行它，并计算缺页数量来实现。
1 先入先出法（FIFO）最简单的页面置换算法是先入先出（FIFO）法。
这种算法的实质是，总是选择在主存中停留时间最长（即最老）的一页置换，即先进入内存的页，先退出内存。
理由是：最早调入内存的页，其不再被使用的可能性比刚调入内存的可能性大。
建立一个FIFO队列，收容所有在内存中的页。
被置换页面总是在队列头上进行。
当一个页面被放入内存时，就把它插在队尾上。
这种算法只是在按线性顺序访问地址空间时才是理想的，否则效率不高。
因为那些常被访问的页，往往在主存中也停留得最久，结果它们因变“老”而不得不被置换出去。
FIFO的另一个缺点是，它有一种异常现象，即在增加存储块的情况下，反而使缺页中断率增加了。
当然，导致这种异常现象的页面走向实际上是很少见的。
现在来看下4块的情况：0 1 2 3 2 1 3 2 5 2 3 6 2 1 4 2【解答】刚开始内存并没有这个作业，所以发生缺页中断一次。
作业的0号页进入内存。
(1次缺页中断)而页1又不在内存，又发生缺页中断一次。
作业页1进入内存。
(2次缺页中断) 页2不在内存，发生缺页中断。
页2进入内存。
(3次缺页中断)页3不在内存，发生缺页中断。
页3进入内存。
(4次缺页中断)接下来调入页2，页1，页3，页2。
由于都在内存中，并不发生缺页中断。
页5不在内存，发生缺页中断。
页5进入内存，页5置换页0。
(5次缺页中断) 接下来调入页2，页3。
由于都在内存中，并不发生缺页中断。
页6不在内存，发生缺页中断。
页6进入内存。
页6置换页1。
(6次缺页中断) 页2在内存，不发生缺页中断。
页1不在内存(在发生第6次缺页中断时被置换了)，发生缺页中断。
页1进入内存，页2被置换。
(7次缺页中断)页4置换页3，页4进入内存。
(8次缺页中断)现在调入页2，但页2在发生第7次缺页中断时被置换掉了。
O p t i m a l 最 佳 页 面 置 换 算 法
清华大学操作系统公开课（五）页面置换算法下面介绍在虚拟存储管理中有哪些页面置换算法。
局部页面置换算法最优页面置换算法（OPT，optimal）? 先进先出算法（FIFO）? 最近最久未使用算法（LRU，Least Recently Used）? 时钟页面置换算法（Clock）? 最不常用算法（LFU，Least Frequently Used）? Belady现象? LRU、FIFO和Clock的比较全局页面置换算法工作集模型? 工作集页置换算法? 缺页率置换算法2.页面置换算法当缺页中断发生，需要调入新的页面而内存已满时，选择内存当中哪个物理页面被置换。
尽可能地减少页面的换进换出次数（即缺页中断的次数）。
具体来说，把未来不再使用的或短期内较少使用的页面换出，通常只能在局部性原理指导下依据过去的统计数据来进行预测。
页面锁定（frame locking）页面锁定技术是用来锁定物理内存中不应该被换出的内存数据。
用于描述必须常驻内存的操作系统的关键部分或时间关键（time-critical）的应用进程。
实现的方法是：在页表中添加锁定标志位（lock bit）。
我们该如何评估不同页面置换算法的优劣？通过程序运行时的效率来比较是不容易实现的，可以记录下一个进程对页面的访问轨迹，然后模拟一个页面置换的行为并且记录产生页缺失的数量，以此比较优劣。
3.最优页面置换算法基本思路当一个缺页中断发生时，对于保存在内存当中的每一个逻辑页面，计算在它下一次访问之前，还需要等待多长时间，从中选择等待时间最长的那个，作为被置换的页面。
这只是一种理想情况，在实际系统中是无法实现的，因为操作系统无从知道每一个页面要等待多长时间后才会再次被访问。
可用作其它算法的性能评价的依据（在一个模拟器上运行某个城西，并记录每一次的页面访问情况，在第二遍运行时即可使用最优算法）。
物理内存大小为4个帧，刚开始存入的物理帧是a、b、c、d，一共需要载入5个帧，当访问e时发生缺页中断，此时置换入e，置换出d，因为下一次访问d的等待时间最长，暂时用不到d，可以让d待在外存。
页面置换算法实验报告
页面置换算法实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过模拟页面置换算法的过程，了解不同算法的优缺点，掌握算法的实现方法，以及对算法的性能进行评估。
二、实验原理页面置换算法是操作系统中的一个重要概念，它是为了解决内存不足的问题而产生的。
当系统中的进程需要使用内存时，如果内存已经被占满，就需要将一些页面从内存中置换出去，以便为新的页面腾出空间。
页面置换算法就是用来决定哪些页面应该被置换出去的算法。
常见的页面置换算法有以下几种：1. 最佳置换算法（OPT）最佳置换算法是一种理论上的最优算法，它总是选择最长时间内不会被访问的页面进行置换。
但是，由于无法预测未来的页面访问情况，因此最佳置换算法无法在实际中使用。
2. 先进先出置换算法（FIFO）先进先出置换算法是一种简单的置换算法，它总是选择最先进入内存的页面进行置换。
但是，这种算法容易出现“抖动”现象，即频繁地将页面置换出去，然后再将其置换回来。
3. 最近最久未使用置换算法（LRU）最近最久未使用置换算法是一种比较常用的置换算法，它总是选择最长时间未被访问的页面进行置换。
这种算法可以避免“抖动”现象，但是实现起来比较复杂。
4. 时钟置换算法（Clock）时钟置换算法是一种改进的FIFO算法，它通过维护一个环形链表来实现页面置换。
当需要置换页面时，算法会从当前位置开始扫描链表，如果找到一个未被访问的页面，则将其置换出去。
如果扫描一圈后都没有找到未被访问的页面，则将当前位置的页面置换出去。
三、实验过程本次实验使用Python语言编写了一个页面置换算法模拟程序，可以模拟上述四种算法的过程，并输出算法的性能指标。
程序的主要流程如下：1. 读取输入文件，获取页面访问序列和内存大小等参数。
2. 根据选择的算法，初始化相应的数据结构。
3. 遍历页面访问序列，模拟页面置换的过程。
4. 输出算法的性能指标，包括缺页率、页面置换次数等。
下面分别介绍四种算法的实现方法。
1. 最佳置换算法（OPT）最佳置换算法需要预测未来的页面访问情况，因此需要遍历整个页面访问序列，找到最长时间内不会被访问的页面。
操作系统-页面置换算法课件
第一章 操作系统引论
图5-3 利用最佳页面置换算法时的置换图
3
第一章 操作系统引论
2. 先进先出(FIFO)页面置换算法 FIFO算法是最早出现的置换算法。该算法总是淘汰最先 进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以 淘汰。该算法实现简单，只需把一个进程已调入内存的页面 按先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，称为替换指 针，使它总是指向最老的页面。但该算法与进程实际运行的 规律不相适应，因为在进程中，有些页面经常被访问，比如， 含有全局变量、常用函数、例程等的页面，FIFO算法并不能 保证这些页面不被淘汰。
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第一章 操作系统引论
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：
4
第一章 操作系统引论
图5-4 利用FIFO置换算法时的置换图
5
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。
1
第一章 操作系统引论
5.3.1 最佳置换算法和先进先出置换算法 1. 最佳(Optimal)置换算法 最佳置换算法是由Belady于1966年提出的一种理论上的
置换算法
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Belady现象
A B C D A B E A B C D E A B C D A B E A B C D E
增加一个页架
A A A A B B B C C D
A B C D
A B C D
E B C D
E A C D
E A B D
• 选择最后一次访问时间距离当前时间最长的一页 并将其淘汰。即淘汰没有使用的时间最长的页。
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最近最久未使用置换算法(思想)
新调入的页面，放在顶部， 表示最近使用
注意：把A往入顶部， 表示最近被使用
A B C D A B E A B C D E A B C D A B E A B C D E
A B C D A B C A B
A A A A B B B C D
A A A A A C C C B B B B B B D D D D E E E E E E
依次被淘汰的页面为：C、D、A、B，共发生 7次缺页中断(7=4+3)
8
最佳置换算法(优缺点)
• 优点：最理想的 • 缺点：无法实现，因为人们难以预知一个 作业将来会用到哪些页面。
• 先进先出置换算法
• 最近最久未使用置换算法
4
最佳置换算法
最佳置换算法是由Belady于1966年提出的一
种理论上的算法。其所选择的被淘汰页面，
将是以后永不使用的，或者是在最长(未来)
时间内不再被访问的页面。简单地说就是
哪一个页面在将来最迟需要访问，就置换
它。
5
最佳置换算法
• 假定系统为某进程分配了三个页架（物理块），并考虑有 以下的页面号引用串：
O p t i m a l 最 佳 页 面 置 换 算 法
java实现FIFO和LRU页面置换算法FIFO是内存管理的一种页面置换算法，FIFO（FirstInput First Output），即先进先出队列。
例：在超市购物之后会提着我们满满的购物车来到收银台排在结账队伍的最后，眼睁睁地看着前面的客户一个个离开。
这就是一种先进先出机制，先排队的客户先行结账离开。
LRU是内存管理的另一种页面置换算法，对于在内存中但又不用的数据块（内存块）叫做LRU，操作系统会根据哪些数据属于LRU而将其移出内存而腾出空间来加载另外的数据。
?LRU是Least Recently Used的缩写，即最近最久未使用，常用于页面置换算法，是为虚拟页式存储管理服务的。
JAVA实现如下（可以直接执行）：import java.util.Scanner;class wuli{int vlu;int falt;wuli(int vlu ){this.falt=-1;this.vlu=vlu;public class fifolru {int mun; --物理块数int yemianmun; --页面个数fifolru(int mun,int yemianmun) {this.mun=mun;this.yemianmun=yemianmun;public static void fifo(wuli a[],int b[] ) { --------------------------------------------fifo------------System.out.println("+++++++++++++FIFO算法++++++++++++++++");int mun=0;int count=0;for(int q=0;qa.length;q++)a[q]=new wuli (-2); --初始化对象for(int q=0;qb.length;q++) {if(count==a.length) {int f=0; --处理满的情况for(int qq=0;qqa.length;qq++) {if(a[qq].falt==b[q]) {System.out.println("*发现相同，不存入 ");if(f==0) {System.out.println("到达一个元素"+b[q]+"已经满，弹出第一个元素"+a[0].falt+" 末尾加入元素"+b[q]);for(int z=0;za.length-1;z++) { --前移a[z].falt=a[z+1].falt;a[a.length-1].falt=b[q]; --最后一个赋值continue;int k=0;for(int qq=0;qqa.length;qq++) { --处理未满情况if(a[qq].falt==b[q]) {System.out.println("发现相同，不存入 ");if(k==0)for(int z=0;za.length;z++)if(a[z].vlu==-2) --找到没用到的物理块{ a[z].falt=b[q]; a[z].vlu=0;mun++;count++;System.out.println("没有发现相同，存入 ");break;}continue;System.out.print("++++++++++结果物理块的值:"); --fifo 结果for(int a1=0;a1a.length;a1++) {System.out.print(a[a1].falt+" ");System.out.println("++++++++++");System.out.println("++++++++++FIFO缺页次数："+mun+"次+++++++++++");public static void lru(wuli a[],int b[] ) { --------------------------------------------------lru System.out.println("++++++++++LRU算法++++++++++++");int mun=0;int count=0;for(int q=0;qa.length;q++)a[q]=new wuli (-2); --初始化对象for(int q=0;qb.length;q++) {if(count==a.length) { --处理满的情况int f=0;for(int qq=0;qqa.length;qq++) {if(a[qq].falt==b[q]) {System.out.println("*发现相同，不存入,更新位置 ");int ji=qq;for(int s=qq;s0;s--)a[s].falt=a[s-1].falt;a[0].falt=b[q];if(f==0) {System.out.println("到达一个元素"+b[q]+"已经满，弹出最后一个元素"+a[a.length-1].falt+" 首部加入元素"+b[q]);for(int s=a.length-1;s0;s--)a[s].falt=a[s-1].falt;a[0].falt=b[q];continue;int k=0;for(int qq=a.length-1;qq= 0;qq--) { --处理未满情况if(a[qq].falt==b[q]) {System.out.println("发现相同，不存入，更新位置 ");int ji=qq;while(a[ji-1].falt!=-1){ a[ji].falt=a[ji-1].falt ;for(int z=a.length-1;z=0;z--)if(a[z].vlu==-2)a[z+1].falt=b[q];if(k==0)for(int z=a.length-1;z=0;z--)if(a[z].vlu==-2) --找到没用到的物理块{ a[z].falt=b[q]; a[z].vlu=0; mun++;count++;System.out.println("没有发现相同，存入 ");break;}continue;System.out.print("++++++++++结果物理块的值:"); --lru 结果for(int a1=0;a1a.length;a1++) {System.out.print(a[a1].falt+" ");System.out.println("++++++++++");System.out.println("++++++++++FIFO缺页次数："+mun+"次+++++++++++");public static void main(String arg[]) {Scanner input=new Scanner(System.in);System.out.println("请输入分配给程序的物理块数");int mun0=input.nextInt();wuli wulikuai[]=new wuli[mun0]; --物理块数组System.out.println("请输入页面流的个数");int mun1=input.nextInt();int yemianmun[]=new int[mun1]; --页面个数数组fifolru text=new fifolru(mun0, mun1);System.out.print("请顺序输入页面流");for(int a=0;ayemianmun.length;a++) {int shuju = input.nextInt();yemianmun[a]=shuju;System.out.print("选择fifo算法，还是LRU算法。
操作系统名词解释 工作集
工作集工作集（working set）是操作系统中的一个概念，它指的是进程当前所需的所有内存页面的集合。
在操作系统中，每个进程都有自己的工作集，用于存储它当前执行所需的代码和数据。
工作集的大小对于系统的性能和效率有着重要的影响。
工作集的组成工作集由以下几个部分组成：1.代码页面：代码页面是进程中执行的指令的集合。
每个进程在运行时都有一段代码区域，其中存储着它要执行的指令。
这些代码页面通常是只读的，因为它们不会被修改。
代码页面通常是进程的工作集中占用内存最大的部分。
2.数据页面：数据页面用于存储进程运行时需要的数据。
这些数据页面包括全局变量、局部变量以及堆栈中的数据。
数据页面通常会被进程反复读写。
3.栈页面：栈页面用于存储函数调用的信息。
每当一个函数被调用，相关的信息就会被推入栈中，当函数执行完毕时，这些信息会被弹出。
栈页面的大小可以根据需要进行调整。
4.其他页面：除了代码、数据和栈页面外，工作集还可能包括一些其他页面，比如共享库、动态链接库等。
工作集的管理操作系统需要对工作集进行管理，以确保进程能够顺利运行。
工作集管理的主要目标是尽量减少缺页中断的次数，因为缺页中断会导致进程的执行暂停，影响系统的响应速度。
为了达到这个目标，操作系统采取了以下策略：1.预取：预取是指在进程需要某个页面之前，提前将其加载到内存中。
操作系统会根据进程的执行情况和访问模式，预测进程未来可能会用到的页面，并提前将这些页面加载到内存中。
这样可以减少缺页中断的次数，提高系统的响应速度。
2.置换：如果内存不足以容纳所有进程的工作集，操作系统需要进行页面置换。
页面置换是指将一个页面从内存中换出，将另一个页面换入内存。
置换算法的选择对系统的性能有着重要的影响，常用的置换算法包括最佳置换算法、最近最久未使用算法等。
3.清理：当一个进程终止或者暂时不活动时，操作系统会清理它的工作集，将其占用的内存页面释放。
这样可以为其他进程腾出更多的内存空间，提高系统的吞吐量。
计算机操作系统-第四版-汤小丹-梁红兵-哲凤屏-第5章(2016-2017-1)
第五章 虚拟存储器
5.2.1 请求分页 中的硬件支持
3．地址变换机构
缺页中断处理
程序请求访问一页 开始
保留CPU现场
页号＞页表长度?
是
从外存中找到缺页
内存满否？
否
是 选择一页换出
否
该页被修改否？
是 将该页写回外存
产生缺页中断 请求调页
否 CPU检索快表
页表项在快表中？
是
否 访问页表
页在内存？
是 修改快表
第五章 虚拟存储器
5.1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理
2．局部性原理
Denning.P在1968指出：程序在执行时将呈现出局部性规 律，即在一较短的时间内，程序的执行仅局限于某个部分； 相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域。他提出了 下述几个论点：(1) 程序执行时，除了少部分的转移和过程 调用指令外，在大多数情况下仍是顺序执行的;(2)在过程调 用中，程序将会在一段时间内都局限在这些过程的范围内运 行； (3) 程序中存在许多循环结构；(4) 程序中许多对数据 结构的处理，往往都局限于很小的范围内。
引用率 70120304230321201701
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2
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1
7
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0033
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3
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2
1
页框
LRU页面置换算法
第五章 虚拟存储器
5.3.2 最近最久未使用和最少使用置换算法
2．LRU置换算法的硬件支持 1) 寄存器 移位寄存器，记录某进程在内存中各页的使用情况。
R = Rn-1Rn-2Rn-3 … R2R1R0
【操作系统】页面置换算法（最佳置换算法）（C语言实现）
【操作系统】页⾯置换算法（最佳置换算法）（C语⾔实现）【操作系统】页⾯置换算法（最佳置换算法）（C语⾔实现）（编码⽔平较菜，写博客也只是为了个⼈知识的总结和督促⾃⼰学习，如果有错误，希望可以指出）1.页⾯置换算法：在地址映射过程中，若在页⾯中发现所要访问的页⾯不在内存中，则产⽣缺页中断。
当发⽣缺页中断时，如果操作系统内存中没有空闲页⾯，则操作系统必须在内存选择⼀个页⾯将其移出内存，以便为即将调⼊的页⾯让出空间。
⽽⽤来选择淘汰哪⼀页的规则叫做页⾯置换算法。
⼀个好的页⾯置换算法，应具有较低的页⾯更换频率。
从理论上讲，应该保留最近重复访问的页⾯，将以后都不再访问或者很长时间内不再访问的页⾯调出。
----百度百科2.具体的页⾯置换算法：2.1 最佳置换算法：⼀个进程在内存的若⼲个页⾯中，哪⼀个页⾯是未来最长时间内不再被访问的，那么如果发⽣缺页中断时，就将该页⾯换出，以便存放后⾯调⼊内存中的页⾯。
1.这是计算机操作系统（第四版）中的⼀个例⼦。
系统⾸先为进程分配了三个物理块。
上⾯⼀排数字是作业号。
在转满三个物理块后，要访问2号作业，2号作业不在内存，所以会发⽣缺页中断，然后系统需要将2号作业调⼊内存，但是此时物理块已经装满。
2.依据最佳置换算法，会将7号页换出（0号页在2号页后第1个就会被访问，1号页在2号页后第10个会被访问，7号页在2号页后第14个会被访问，7号页在已经装⼊内存的作业中是未来最长时间不会被访问的，所以换出7号页）。
3.后⾯依次类推。
2.2 先进先出算法：如果发⽣缺页中断，需要换出⼀个页⾯的时候，总是选择最早进⼊内存的页⾯，即选择在内存中驻留时间最久的页⾯进⾏换出。
有点不清楚。
就是每次发⽣缺页就将最早进⼊内存的页⾯换出，然后将刚调⼊的页⾯换⼊该物理块。
2.3 最近最久未使⽤（LRU）置换算法：LRU算法是缺页中断发⽣时选择最久未使⽤的页⾯进⾏换出。
这个算法其实也很好判断。
分享⼀个⼩技巧。
内存分配了k个物理块，发⽣缺页中断将要往内存调⼊某个页⾯的时候，在该页⾯往前⾯数K个物理块最前⾯的那个就会是要换出的，因为该页⾯最长时间未被使⽤过。
操作系统-内存置换算法
存储管理的页面置换算法存储管理的页面置换算法在考试中常常会考到，操作系统教材中主要介绍了3种常用的页面置换算法，分别是：先进先出法（FIFO）、最佳置换法（OPT）和最近最少使用置换法（LRU）。
大家要理解3种置换算法的含义，然后能熟练地运用在具体的练习中就可以了。
为什么要进行页面置换在请求分页存储管理系统中，由于使用了虚拟存储管理技术，使得所有的进程页面不是一次性地全部调入内存，而是部分页面装入。
这就有可能出现下面的情况：要访问的页面不在内存，这时系统产生缺页中断。
操作系统在处理缺页中断时，要把所需页面从外存调入到内存中。
如果这时内存中有空闲块，就可以直接调入该页面；如果这时内存中没有空闲块，就必须先淘汰一个已经在内存中的页面，腾出空间，再把所需的页面装入，即进行页面置换。
有助于理解的关键词有：请求分页、虚拟存储、缺页中断、页面置换。
先进先出法（FIFO）算法描述：由于认为最早调入内存的页不再被使用的可能性要大于刚调入内存的页，因此，先进先出法总是淘汰在内存中停留时间最长的一页，即先进入内存的页，先被换出。
先进先出法把一个进程所有在内存中的页按进入内存的次序排队，淘汰页面总是在队首进行。
如果一个页面刚被放入内存，就把它插在队尾。
【例1】教材第4章课后习题。
考虑下述页面走向：1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6。
当内存块数量分别为3，5时，试问先进先出置换算法（FIFO）的缺页次数是多少？（注意，所有内存块最初都是空的，凡第一次用到的页面都产生一次缺页。
）解：当内存块数量分别为3时，FIFO算法的执行过程如下图所示。
打叉的表示发生了缺页，共缺页16次。
提示：当FIFO算法执行到蓝色的4号页面时，这时内存中有三个页面，分别是1，2，3。
按照FIFO算法，在内存中停留时间最长的页面被淘汰。
三个页面在内存中的停留时间用绿色区域标记出来了，可见，1号页面是停留时间最长的，因此要淘汰1号页面。
页面置换算法 实验报告
综合性实验报告一、实验目的1.学习常见的4种页面置换算法：最佳置换算法（OPT），先进先出页面置换算法（FIFO），最近最久未使用页面算法（LRU），最少使用置换算法（LFU）。
2.编写函数并计算输出上述各种算法的命中率。
二、总体设计（设计原理、设计方案及流程等）设计原理：OPT页面置换算法OPT所选择被淘汰的页面是已调入内存，且在以后永不使用的，或是在最长时间内不再被访问的页面。
因此如何找出这样的页面是该算法的关键。
可为每个页面设置一个步长变量，其初值为一足够大的数，对于不在内存的页面，将其值重置为零，对于位于内存的页面，其值重置为当前访问页面与之后首次出现该页面时两者之间的距离，因此该值越大表示该页是在最长时间内不再被访问的页面，可以选择其作为换出页面。
FIFO页面置换算法FIFO总是选择最先进入内存的页面予以淘汰，因此可设置一个先进先出的忙页帧队列，新调入内存的页面挂在该队列的尾部，而当无空闲页帧时，可从该队列首部取下一个页帧作为空闲页帧，进而调入所需页面。
LRU页面置换算法LRU是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的，它利用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似，选择最近最久未使用的页面予以淘汰。
该算法主要借助于页面结构中的访问时间time来实现，time记录了一个页面上次的访问时间，因此，当须淘汰一个页面时，选择处于内存的页面中其time值最小的页面，即最近最久未使用的页面予以淘汰。
LFU页面置换算法LFU要求为每个页面配置一个计数器（即页面结构中的counter），一旦某页被访问，则将其计数器的值加1，在需要选择一页置换时，则将选择其计数器值最小的页面，即内存中访问次数最少的页面进行淘汰。
设计流程：1.通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。
2.指令序列变换成页地址流3.计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。
4.在主函数中生成要求的指令序列，并将其转换成页地址流；在不同的内存容量下调用上述函数使其计算并输出相应的命中率。
几种置换算法
⼏种置换算法地址映射过程中，若在页⾯中发现所要访问的页⾯不在内存中，则产⽣缺页中断。
当发⽣缺页中断时，如果操作系统内存中没有空闲页⾯，则操作系统必须在内存选择⼀个页⾯将其移出内存，以便为即将调⼊的页⾯让出空间。
⽽⽤来选择淘汰哪⼀页的规则叫做页⾯置换算法。
1．最佳置换算法（OPT）（理想置换算法）：从主存中移出永远不再需要的页⾯；如⽆这样的页⾯存在，则选择最长时间不需要访问的页⾯。
于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。
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。
访问页⾯70120304230321201701物理块1777222227物理块200004000物理块31133311缺页否√√ √√√√√√√2．先进先出置换算法（FIFO）：是最简单的页⾯置换算法。
这种算法的基本思想是：当需要淘汰⼀个页⾯时，总是选择驻留主存时间最长的页⾯进⾏淘汰，即先进⼊主存的页⾯先淘汰。
其理由是：最早调⼊主存的页⾯不再被使⽤的可能性最⼤。
访问页⾯70120304230321201701物理块1777222444000777物理块200033322211100物理块31110003332221缺页否√√√√√√√√√√√√√√√这⾥仍⽤上⾯的实例，⾤⽤FIFO算法进⾏页⾯置换。
存储管理的页面置换算法详解
存储管理的页面置换算法存储管理的页面置换算法在考试中常常会考到，操作系统教材中主要介绍了3种常用的页面置换算法，分别是：先进先出法（FIFO）、最佳置换法（OPT）和最近最少使用置换法（LRU）。
大家要理解3种置换算法的含义，然后能熟练地运用在具体的练习中就可以了。
1.为什么要进行页面置换在请求分页存储管理系统中，由于使用了虚拟存储管理技术，使得所有的进程页面不是一次性地全部调入内存，而是部分页面装入。
这就有可能出现下面的情况：要访问的页面不在内存，这时系统产生缺页中断。
操作系统在处理缺页中断时，要把所需页面从外存调入到内存中。
如果这时内存中有空闲块，就可以直接调入该页面；如果这时内存中没有空闲块，就必须先淘汰一个已经在内存中的页面，腾出空间，再把所需的页面装入，即进行页面置换。
有助于理解的关键词有：请求分页、虚拟存储、缺页中断、页面置换。
2.常用的页面置换算法教材中介绍的常用页面置换算法有：先进先出法（FIFO）、最佳置换法（OPT）和最近最少使用置换法（LRU）。
（1）先进先出法（FIFO）算法描述：由于认为最早调入内存的页不再被使用的可能性要大于刚调入内存的页，因此，先进先出法总是淘汰在内存中停留时间最长的一页，即先进入内存的页，先被换出。
先进先出法把一个进程所有在内存中的页按进入内存的次序排队，淘汰页面总是在队首进行。
如果一个页面刚被放入内存，就把它插在队尾。
【例1】教材第4章课后习题。
考虑下述页面走向：1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6。
当内存块数量分别为3，5时，试问先进先出置换算法（FIFO）的缺页次数是多少？（注意，所有内存块最初都是空的，凡第一次用到的页面都产生一次缺页。
）解打叉的表示发生了缺页，共缺页16次。
提示：当FIFO算法执行到蓝色的4号页面时，这时内存中有三个页面，分别是1，2，3。
按照FIFO算法，在内存中停留时间最长的页面被淘汰。
操作系统之页面置换算法（最佳置换OPT，先进先出FIFO，最近最久未使用LRU）
操作系统之页⾯置换算法（最佳置换OPT，先进先出FIFO，最近最久未使⽤LRU）最近学习操作系统时，实验要求实现常见的三种页⾯置换算法，博主按照书上要求试着编写，实现了案例，并记录在博客随记中，以便后续⾃⼰复习并也给需要的同学分享参考⼀下!⽔平有限，若有错，请悄悄告诉博主！博主好⽴即改正。
最佳置换算法（optimal replacement，OPT）是从内存中选择今后不再访问的页⾯或者在最长⼀段时间后才需要访问的页⾯进⾏淘汰。
如下例⼦：根据页⾯⾛向依次处理，得到最终的置换结果如下图表，整个页⾯缺页次数为7，缺页率为7/12=58%。
1 #include <iostream>2 #include <stdio.h>3 #include <stdlib.h>4#define N 125#define B 36using namespace std;78int pageArr[N]={1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,4,5};//页⾯⾛向9int block[B]={0};//物理块3个，其数值是页号10 typedef struct FLAG {11int flags[B];12int counts;13 } FLAG;1415void opt(int pageArr[],int block[]);16int inBlock(int which);17int findFar(int next);18void Replace(int index,int value);19void disPlay();2021int main(void){22 cout << "begin:" <<endl;23 opt(pageArr,block);24 cout << "end!" <<endl;25return0;26 }2728void opt(int pageArr[],int block[]){29int getIndex;30for(int i=0;i<N;i++){31if(i<3){//前3页号#短缺#进队列32 block[i]=pageArr[i];33 printf("缺页：(null)-->%d\n",pageArr[i]);34 }35else {36if(i==3){37 disPlay();3839 }40if(inBlock(pageArr[i])!=-1){//下⼀个页⾯if在物理块中返回index并跳过,反-141 disPlay();4243continue;44 }45 getIndex=findFar(i+1);//从下⼀个页号，找到最远出现的页⾯,替换的下标46if(getIndex==-1){47 cout<<"error,not replace obj!"<<'\t';48 }49else{50 Replace(getIndex,pageArr[i]);//由下标找到上⼀组替换⽬标，⽤第⼆参数替换51 disPlay();5253 }54 }55 }56return;57 }5859//替换block中的物理块60void Replace(int index,int value){61 printf("缺页：%d--被替换为-->%d\n",block[index],value);62 block[index]=value;63return;64 }656667//找到最远出现的页⾯68int findFar(int next){69int index=-1;//error，默认返回不存在的索引70 FLAG myflag;71 myflag.flags[0]=0;72 myflag.flags[1]=0;73 myflag.flags[2]=0;74 myflag.counts=0;75int stop = N-next;76while(stop--){77 index=inBlock(pageArr[next++]);78if(index!=-1){79 myflag.flags[index]=1;80 myflag.counts++;83break;84 }85 }86for(index=0;index<B;index++){87if(myflag.flags[index]==0)88break;89 }90return index;91 }929394//下⼀个页⾯if在物理块中返回index,反-195int inBlock(int which){96//int i=0;97//while(i<B)98// if(block[i++]==which)99// return i-1;100for(int i=0;i<B;i++){101if(block[i]==which)102return i;103 }104return -1;105 }106107//打印⼀元组108void disPlay(){109int i=0;110while(i<B){111 printf("%d\t",block[i++]);112 }113 printf("\n");114return;115 }上⾯是博主使⽤C++（基本是C语法）编写的代码，运⾏结果如下：//////////////////////////////////////////////////////////////////////////begin:缺页：(null)-->1缺页：(null)-->2缺页：(null)-->31 2 3缺页：3--被替换为-->41 2 41 2 41 2 4缺页：4--被替换为-->51 2 51 2 51 2 5缺页：1--被替换为-->33 2 5缺页：3--被替换为-->44 2 54 2 5end!//////////////////////////////////////////////////////////////////////////先进先出算法：先进先出置换算法（first in first out,FIFO）是淘汰最先进⼊内存的页⾯，即选择在内存中驻留时间最长的页⾯进⾏淘汰的算法。
操作系统实验报告范文页面置换
操作系统实验报告范文页面置换实验三内存页面置换算法的设计实习内容设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用下述算法来模拟实现页面的置换：1.先进先出的算法（FIFO）2.最近最久未使用算法（LRU）3.最佳置换算法（OPT）实习目的本实习要求学生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技术特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。
LINU某中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制，内存空间的分配和回收均以页为单位进行，一个进程只需将其一部分（段或页）调入内存便可运行，还支持请求调页的存储管理方式。
当进程在运行中需要访问某部分程序和数据时，发现其所在页面不在内存，就立即提出请求（向CPU发出缺中断），由系统将其所需页面调入内存。
这种页面调入方式叫请求调页。
当CPU接收到缺页中断信号，中断处理程序先保存现场，分析中断原因，转入缺页中断处理程序。
该程序通过查找页表，得到该页所在外存的物理块号。
如果此时内存未满，能容纳新页，则启动磁盘I/O将所缺之页调入内存，然后修改页表。
如果内存已满，则须按某种置换算法从内存中选出一页准备换出，是否重新写盘由页表的修改位决定，然后将缺页调入，修改页表。
利用修改后的页表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。
整个页面的调入过程对用户是透明的。
实习原理——算法思想：1．先进先出(FIFO)置换算法的思路该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。
该算法实现简单，只需把一个进程已调入内存的页面，按照先后次序连接成一个队列，并设置一个替换指针，使它总指向最老的页面。
2．最近久未使用(LRU)置换算法的思路最近久未使用置换算法的替换规则，是根据页面调入内存后的使用情况来进行决策的。
该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间，当需淘汰一个页面的时候选择现有页面中其时间值最大的进行淘汰。
最佳置换算法
最佳置换算法
最佳置换算法(Optimal Page Replacement Algorithm)是一种替换算法，它常用于虚拟内存管理或页面置换管理。
它以最少的替换数量来满足所有进程的需求，使得用户页面调度时可以尽可能地延长每个页面的生存期。
最佳置换算法的基本思想是：在给定的替换集合中，选择将来最晚被引用的页面作为替换对象。
因此，当缺页中断发生时，应该把不再使用的页面替换出去，从而最大限度地减少替换次数。
最佳置换算法是一种理想算法，因为要实现它，必须事先知道每个页面在将来的使用时间，而这是不可能的。
等价置换方案
等价置换方案等价置换方案是一种用于数据处理和网络优化的算法，旨在填补缺失的信息或者用更优的方式组合现有信息。
本文将介绍等价置换方案的基本原则、具体实现以及应用场景。
原理在数据处理和网络优化中，我们经常需要对现有数据进行补充或者重新组合，来达到更好的结果。
等价置换方案通过有效利用可能的数据组合，来找到最优的补充方案或者组合方案。
具体原理如下：1.首先，等价置换方案识别出所有可能被重组的数据元素。
2.接下来，等价置换方案通过参考同类数据的统计信息，进行数据预测。
这有助于我们确定哪些数据是应该被补充进来的，以及哪些数据是可以被舍去的。
3.然后，等价置换方案把可能的数据组合进一些“等价集合”，以便以后可以更快地检索和利用它们。
4.在数据元素被组合成等价集合后，等价置换方案使用不同的算法来寻找最优的补充或者组合方案。
5.最后，等价置换方案会提供有关如何处理重组的数据的实用建议，以提高整体效率。
实现等价置换方案的具体实现可以包括以下步骤：1.数据识别：确定需要进行重组或补充的数据。
2.数据预测：使用统计学方法进行数据预测，并确定哪些数据需要被补充或者删除。
3.数据分组：把相似或等价的数据分组成等价集合，以便以后使用。
4.算法选择：使用不同的算法来寻找最优的补充或者组合方案。
5.建议：对于每个等价置换方案生成建议，来提高整体效率。
应用场景以下是等价置换方案的几个应用场景：网络优化等价置换方案可以用于维护网络设备和网络运营优化。
通过将网络设备分组为等价集合，就可以对整组设备进行管理和优化。
等价置换方案还可以推荐统计信息和使用群体最佳做法，以便在组合、调整或删除网络设备时提高效率。
数据处理在数据处理方面，等价置换方案可以用于缺失数据的预测和填充，从而提高数据的准确性和完整性。
它还可以用于数据中的自动消歧、对逐渐变化的数据进行补偿、以及允许使用更多可能性的信息源。
基因组研究等价置换方案可以用于基因组研究，帮助研究人员预测基因变异，并在遗传疾病检测和治疗中提供帮助。
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/*-------------最佳置换算法（OPtimal Replacement Algorithm,ORA）-------------*/
/*算法描述:所选择的淘汰页，是以后永不使用，或最长时间内不使用的页面*/
/*---------------------------------writen by Xu Zhuozhuo-----------------------------------*/
C++代码示例:
#include <iostream>
#define MaxSize 20
#define Num_Block 3
using namespace std;
int max(int a,int b,int c) //返回三者的最大值
{
if(a<b) a=b;
if(a<c) a=c;
return a;
}
int main()
{
int num_ref; //引用字符的数目
int ref_arr[MaxSize]; //引用字符串数组
int phy_blk[Num_Block]; //数组模拟“物理块”
cout <<"-----Optimal Replacement Algorithms-----" <<endl <<endl;
do
{
cout <<"Please input the number of reference chars:" <<endl;
cin >>num_ref; //输入引用字符串的数目
}while(num_ref>MaxSize);
cout <<"Please input the queue of reference chars:" <<endl;
for(int i=0;i<num_ref;i++) //输入引用字符串的队列cin >>ref_arr[i];
for(int j=0;j<Num_Block;j++) //前Num_Block项进物理块phy_blk[j]=ref_arr[j];
cout <<endl <<"Display the replacement procedure: ";
cout <<endl <<"---------------------------------- " <<endl;
for(int p=0;p<num_ref-Num_Block;p++)
{
if(!(phy_blk[0]==ref_arr[Num_Block+p] ||
phy_blk[1]==ref_arr[Num_Block+p] ||
phy_blk[2]==ref_arr[Num_Block+p]))
{//寻找phy_blk[0]在引用字符串中的下一位置k1
for(int k1=Num_Block+p+1;k1<MaxSize;k1++)
if(phy_blk[0]==ref_arr[k1])
break;
//寻找phy_blk[1]在引用字符串中的下一位置k2
for(int k2=Num_Block+p+1;k2<MaxSize;k2++)
if(phy_blk[1]==ref_arr[k2])
break;
//寻找phy_blk[2]在引用字符串中的下一位置k3
for(int k3=Num_Block+p+1;k3<MaxSize;k3++)
if(phy_blk[2]==ref_arr[k3])
break;
int max_ref=max(k1,k2,k3); //返回k1,k2,k3中的最大者
if(max_ref==k1) //如果最大者为k1
phy_blk[0]=ref_arr[Num_Block+p];
else if(max_ref==k3) //如果最大者为k2
phy_blk[2]=ref_arr[Num_Block+p];
else if(max_ref==k2) //如果最大者为k3
phy_blk[1]=ref_arr[Num_Block+p];
}
//输出本次替换后的“物理块”数组内容
cout <<endl <<"[" <<p+1 <<"]. Physical block array content: ";
for(int loop=0;loop<Num_Block;loop++)
cout <<phy_blk[loop] <<" ";
}
return 0;
}
VC++6.0下的运行结果见下页:（数据源自操作系统课本）。