操作系统 页面置换算法
fifo算法和lru算法
fifo算法和lru算法FIFO算法和LRU算法是计算机领域中两种常用的置换算法,它们被广泛应用于操作系统和缓存管理中。
本文将详细介绍FIFO算法和LRU算法的原理、应用场景以及优缺点,并比较它们在不同场景下的性能表现。
一、FIFO算法FIFO算法(First-In-First-Out)是一种简单直观的置换算法,它根据页面调入内存的先后顺序,选择最早进入内存的页面进行置换。
具体而言,当系统需要为新的页面腾出空间时,FIFO算法会选择最早进入内存的页面进行替换,以此保证内存空间的有效利用。
FIFO算法的工作原理如下:1. 系统维护一个页面队列,用于记录页面进入内存的顺序。
2. 当新的页面需要调入内存时,系统将其加入页面队列的末尾。
3. 当页面置换发生时,FIFO算法选择队列中最早进入内存的页面进行替换,即选择队列中的第一个页面。
FIFO算法的优点是简单且易于实现,适用于实时应用场景和对页面访问顺序没有严格要求的场景。
然而,FIFO算法也存在一些缺点。
首先,它无法利用页面的访问频率信息进行优化,导致可能会把频繁被访问的页面置换出去。
其次,FIFO算法对于长时间保留在内存中的页面和短时间仅被访问一次的页面一视同仁,无法根据页面的使用模式进行智能调整。
二、LRU算法LRU算法(Least Recently Used)是一种基于页面访问模式的置换算法,它根据页面最近被访问的时间顺序,选择最长时间未被访问的页面进行置换。
具体而言,当系统需要为新的页面腾出空间时,LRU算法会选择最长时间未被访问的页面进行替换,以此提高缓存命中率。
LRU算法的工作原理如下:1. 系统维护一个页面访问历史链表,用于记录页面的访问顺序。
2. 当页面被访问时,系统将其移动到链表的末尾。
3. 当页面置换发生时,LRU算法选择链表中最早进入的页面进行替换,即选择链表中的第一个页面。
LRU算法的优点是能够较好地适应页面访问模式,并做出相应调整。
页面置换算法
图 FIFO算法的Belady现象
FIFO陷阱现象示例
3个页面 123412512345 111444555555 22211111333 3332222244 9次缺页 9/12=75%
4个页面 123412512345
111111555544 22222211115 3333332222 444444333
1-随机淘汰算法
随机淘汰算法。在系统设计人员认为无法确定哪 些页被访问的概率较低时,随机地选择某个用户 的页面并将其换出将是一种明智的作法。
2-最佳页面置换(OPT)算法
7 最0 佳1 置2 换0算3法0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1
7 7 7其2所选择2 的被2 淘汰2页面,将是2以后永不再7 用
7这列样前7 ,头7当的2要页进顺行次2置换换出2 时,4,而4只把需换4 把入0置的换页指链针接0所在指F0IF的OF队I7F尾O7队即 7
可。0 0 0
333222
11 100
缺点:1a. 1算法与1进0程的0 实0际运3 行3规律不相3适应2 ,因2为进2 程1 页框中这存(的些利物某页用理些面率块页不不) 面被高经淘。常汰被。先访b进. 问由先,实出但验置先和换进测算先试法出发置现换FI算FO法算不法能的保内证
页面置换算法
置换算法的前提:若需访问的页面不在内存而需将 其调入,且内存中没有空闲页面,需从内存中调 出一页程序或数据。 目的:选出一个被淘汰的页面。 把选择换出页面的算法称为页面置换算法。 置换算法的好坏直接影响系统的性能。一个好的 置换算法应具有较低的页面更换频率。从理论上 讲,应将那些以后不会再访问的页面换出,或者 把那些在较长时间内不会再访问的页面换出。
10 次缺页
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。
页面置换算法
页⾯置换算法 页⾯置换算法根据置换页⾯的选择范围分为局部页⾯置换算法和全局页⾯置换算法。
局部页⾯置换算法只置换本进程内的物理页⾯,进程中⼀个页⾯进内存,就代表⼀个页⾯已经被替换出内存,所以⼀个进程所占⽤的物理页⾯的总数是确定的。
全局页⾯置换算法置换内存中所有可换出的物理页⾯,即换进内存的是进程A的页⾯,换出内存的可能是进程B的页⾯,所以进程在内存中占⽤的页⾯总数是可变的。
⼀、局部页⾯置换算法: 1.最优页⾯置换算法: 预测未来最晚被使⽤的页⾯,然后把它置换到外存中去。
缺页最少,但⽆法实现,只是⼀种理想状态,所以作为其他置换算法的评测标准。
2.先进先出算法 有⼀个逻辑页⾯的链表,链表头在内存中呆的时间最长,链表尾最短,所以每次置换都是把链表头的页⾯置换到外存中去,把新加进来的页⾯放到链表尾。
这个算法虽然简单,但是造成的缺页率⽐较⾼,性能⽐较差。
3.最近最久未使⽤算法/最近最少使⽤算法 替换内存中上次被引⽤时间最早的⼀个页⾯。
可以⽤链表或栈来记录按被引⽤时间长短排序的页⾯,但不管是栈还是链表,每次替换都会牵扯到整个链表或栈的移动,算法性能⽐较好,但开销⽐较⼤。
4.时钟算法 ⽤环形链表存储各页⾯。
初始化时各页⾯的访问位为0。
如果不缺页,则把相应页⾯的访问位设置为1。
如果缺页,则从最先进⼊链表的页⾯开始遍历,遇到访问位为1的页⾯,则访问位设置为0;遇到访问位为0的页⾯,则把它替换到外存中去,然后把需要的页⾯替换进内存,且访问位为1。
然后把当前指针移到下⼀个页⾯上,再进⾏下⼀次页⾯请求处理。
⽐FIFO多了个访问位来记录页⾯的访问情况,但⽐LRU少了访问的先后顺序,所以说是FIFO和LRU的折中。
5.改进的时钟算法 在页⾯中增加了修改位,1为修改过,0为未修改过。
因为当发⽣缺页中断时,把未修改过的页⾯替换进外存就相当于把页⾯直接从内存中删除,因为内存和外存中所对应的该页⾯的内容相同,处理时间只有⼀次缺页中断访问外存的时间。
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
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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:
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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。
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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
fifo 页面置换算法
fifo 页面置换算法页面置换算法是操作系统中一种重要的内存管理技术,用于决定当内存中某个时间点所包含的页面(即帧)数量大于物理内存容量时,应该淘汰哪个页面,以便为新的页面腾出空间。
FIFO (FirstInFirstOut,先进先出)页面置换算法是一种常见的算法,其基本思想是优先淘汰最先进入内存的页面。
一、算法原理FIFO页面置换算法的基本原理是,当需要为新的页面分配内存时,选择最早进入内存的页面进行淘汰。
这种算法的优点是实现简单,缺点是对频繁调用的页面影响较大,因为这些页面最先进入内存,所以被淘汰的可能性也较大。
但是它能够确保被淘汰的页面是最早进入内存的页面,因此它能够提供一定的公平性。
二、算法步骤FIFO页面置换算法的实施步骤如下:1.记录每个页面进入和离开内存的时间;2.当需要为新的页面分配内存时,比较该页面与其最先进入内存的时间;3.优先淘汰最先进入内存的页面;4.将新页面放入空出的帧中。
三、算法优缺点1.优点:a.实现简单,易于实现;b.在许多场景下能提供较好的性能;c.有利于保持页面的有序性。
2.缺点:a.频繁调用的页面被淘汰的可能性较大,可能导致频繁的页面加载和卸载操作;b.对于某些应用场景可能不够高效,因为一些页面可能长时间在内存中占据空间,而不会被频繁使用。
因此需要对其进行优化,以便在减少页面的浪费和提高系统性能之间找到平衡。
四、应用场景FIFO页面置换算法适用于各种操作系统和应用程序,包括但不限于Web服务器、数据库系统、桌面环境等。
它尤其适用于那些对响应速度要求较高且对内存使用效率要求不高的场景。
例如,一些网页浏览、邮件阅读等应用场景,由于页面加载频率较高,FIFO算法可能会影响性能。
五、总结总的来说,FIFO页面置换算法是一种简单易行的内存管理技术,但在实际应用中需要根据具体场景进行优化。
在实际操作中,需要根据应用的特点和需求选择合适的页面置换算法,以提高系统的性能和稳定性。
操作系统——模拟页面置换算法(FIFO——先入先出、LRU——最近最少使用、LFU——最近。。。
操作系统——模拟页⾯置换算法(FIFO——先⼊先出、LRU——最近最少使⽤、LFU——最近。
操作系统——模拟页⾯置换算法(FIFO——先⼊先出、LRU——最近最少使⽤、LFU——最近最不常使⽤),计算置换率(包含程序框图)导语:1. FIFO页⾯置换算法: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。
(看时间)2. LRU页⾯置换算法:最近最少使⽤,简单来说就是将数据块中,每次使⽤过的数据放在数据块的最前端,然后将存在的时间最长的,也就是数据块的末端的数据置换掉。
(看时间)3. LFU页⾯置换算法:近期最少使⽤算法,选择近期最少访问的页⾯作为被替换的页⾯,如果⼀个数据在最近⼀段时间内使⽤次数很少,那么在将来⼀段时间内被使⽤的可能性也很⼩。
(看次数)4. 置换率与与缺页率不同。
置换率⽤置换次数算,缺页率⽤缺页中断次数算。
FIFO页⾯置换算法:Linux效果图(采⽤UOS + VScode + g++)程序框图C++代码(FIFO):#include<iostream>using namespace std;static int mnum;//物理块数static int pnum;//页⾯⾛向static int count=0;//页⾯置换次数static int *analogblock;//模拟物理块static int *block;//物理块static int *process;//随机页⾯访问序列int judge(int a[],int n,int x) //判断数组中是否已有x,若有返回其下标值,没有则返回-1 {int i;for (i=0;i<n;i++)if(x==a[i])return i;return -1;}void replace(int y,int mnum,int x)//⽤于物理块页⾯置换,y是⽤来置换的页⾯,x是被置换的页⾯ {int i;for (i=0;i<mnum;i++)if(x==block[i])block[i]=y;}int main() {int i;int maxanalogblock=-1;//模仿队列的定义int x;cout<<"请输⼊页框⼤⼩物理块数:\n";cin>>mnum;if(mnum>999999) {cout<<"输⼊超出控制⼤⼩!"<<endl;return 0;}cout<<"⾃动⽣成的内存块需求序列个数:\n";cin>>pnum;if(pnum>999999) {cout<<"输⼊超出控制⼤⼩!"<<endl;return 0;}analogblock=new int[mnum];block=new int[mnum];process=new int[pnum];for (i=0;i<mnum;i++) analogblock[i]=-1;for (i=0;i<mnum;i++) block[i]=-1;///////////////////////随机产⽣页⾯⾛向序列cout<<"产⽣随机序列如下:\n";srand( (unsigned)time( NULL ) );//以time函数值(即当前时间)作为种⼦数,保证两次产⽣序列的随机性for (i=0; i<pnum; i++) {process[i] = rand()%10;cout<<process[i]<<" ";}cout<<endl;//////////////////////cout<<"先进先出(FIFO)页⾯置换算法,结果: \n\n";//////////////////////for (x=0;x<pnum;x++) //⾃动读数 {//读⼀个序列号,输出当前数组元素cout<<"真实物理块情况:";for (i=0;i<mnum;i++) {if(block[i]!=-1)cout<<block[i]<<" ";}cout<<"模拟物理块情况:";for (i=0;i<mnum;i++) {if(analogblock[i]!=-1)cout<<analogblock[i]<<" ";}//////////////////////////maxanalogblock++;//读数后maxanalogblock⾃动+1if(maxanalogblock<mnum) //若在物理块范围内 {if(judge(analogblock,mnum,process[x])==-1)//若数组中不存在待插⼊元素 {analogblock[maxanalogblock]=process[x];//新元素从尾部插⼊block[maxanalogblock]=process[x];//新元素从尾部插⼊cout<<" 第"<<x+1<<"次访问,页⾯"<<process[x]<<" 缺页中断调⼊页⾯"<<process[x]<<endl;} else //若数组中存在待插⼊元素 {maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素,回滚maxanalogblock值cout<<" 第"<<x+1<<"次访问,页⾯"<<process[x]<<" 已存在直接访问"<<endl;}} else //超过物理块数的元素 {if(judge(analogblock,mnum,process[x])==-1)//若数组中不存在待插⼊元素 {//队列法插⼊(尾部元素出,新元素从头部⼊)cout<<" 第"<<x+1<<"次访问,页⾯"<<process[x]<<" 缺页中断页⾯"<<process[x]<<"置换出页⾯"<<analogblock[0]<<endl; replace(process[x],mnum,analogblock[0]);//置换物理块中页⾯for (i=0;i<mnum-1;i++)LRU 页⾯置换算法:Linux 效果图(采⽤UOS + VScode + g++)程序框图C++代码(LRU): analogblock[i]=analogblock[i+1];analogblock[mnum-1]=process[x];//////////////////maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素,回滚maxanalogblock 值count++;} else //若数组中存在待插⼊元素 {maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素,回滚maxanalogblock 值cout<<" 第"<<x+1<<"次访问,页⾯"<<process[x]<<" 已存在 直接访问"<<endl;}}}//读⼀个序列号,输出当前数组元素cout<<"真实物理块情况:";for (i=0;i<mnum;i++) {if(block[i]!=-1) cout<<block[i]<<" ";}cout<<"模拟物理块情况:";for (i=0;i<mnum;i++) {if(analogblock[i]!=-1)cout<<analogblock[i]<<" ";}cout<<endl<<"页⾯换算次数为:"<<count<<endl;cout<<"置换率为:"<<(float)count/pnum<<endl;return 0;}//g++ test71.cpp -o test71 -lpthread&&./test71#include<iostream>using namespace std;static int mnum;//物理块数static int pnum;//页⾯⾛向static int count=0;//页⾯置换次数static int *analogblock;//模拟物理块static int *block;//物理块static int *process;//随机页⾯访问序列int judge(int a[],int n,int x) //判断数组中是否已有x ,若有返回其下标值,没有则返回-1 {int i;for (i=0;i<n;i++)if(x==a[i])return i;return -1;}void replace(int y,int mnum,int x)//⽤于物理块页⾯置换,y是⽤来置换的页⾯,x是被置换的页⾯ { int i;for (i=0;i<mnum;i++)if(x==block[i])block[i]=y;}void move(int a[],int n,int i) //移动下标为i的元素到尾部 {int j;int m=a[i];for (j=i;j<n-1;j++)a[j]=a[j+1];a[n-1]=m;}int main() {int i;int maxanalogblock=-1;//模仿栈的定义int x;cout<<"请输⼊页框⼤⼩物理块数:\n";cin>>mnum;if(mnum>999999) {cout<<"输⼊超出控制⼤⼩!"<<endl;return 0;}cout<<"⾃动⽣成的内存块需求序列个数:\n";cin>>pnum;if(pnum>999999) {cout<<"输⼊超出控制⼤⼩!"<<endl;return 0;}analogblock=new int[mnum];block=new int[mnum];process=new int[pnum];for (i=0;i<mnum;i++) analogblock[i]=-1;///////////////////////随机产⽣页⾯⾛向序列cout<<"产⽣随机序列如下:\n";srand( (unsigned)time( NULL ) );//以time函数值(即当前时间)作为种⼦数,保证两次产⽣序列的随机性for (i=0; i<pnum; i++) {process[i] = rand()%10;cout<<process[i]<<" ";}cout<<endl;//////////////////////cout<<"最近最少使⽤(LRU)页⾯置换算法,结果: \n\n";//////////////////////for (x=0;x<pnum;x++) //⾃动读数 {//读⼀个序列号,输出当前数组元素cout<<"真实物理块情况:";for (i=0;i<mnum;i++) {if(block[i]!=-1)cout<<block[i]<<" ";}cout<<"模拟物理块情况:";for (i=0;i<mnum;i++) {if(analogblock[i]!=-1)cout<<analogblock[i]<<" ";}//////////////////////////maxanalogblock++;//读数后maxanalogblock⾃动+1LFU 页⾯置换算法:Linux 效果图(采⽤UOS + VScode + g++)程序框图 if(maxanalogblock<mnum) //若在物理块范围内 {if(judge(analogblock,mnum,process[x])==-1)//若数组中不存在待插⼊元素 {analogblock[maxanalogblock]=process[x];//新元素从尾部插⼊block[maxanalogblock]=process[x];//新元素从尾部插⼊cout<<" 第"<<x+1<<"次访问,页⾯"<<process[x]<<" 缺页中断 调⼊页⾯"<<process[x]<<endl;} else //若数组中存在待插⼊元素 {move(analogblock,maxanalogblock,judge(analogblock,mnum,process[x]));//移动下标为i 的元素到尾部maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素,回滚maxanalogblock 值cout<<" 第"<<x+1<<"次访问,页⾯"<<process[x]<<" 已存在 直接访问"<<endl;}} else //超过物理块数的元素 {if(judge(analogblock,mnum,process[x])==-1)//若数组中不存在待插⼊元素 {//栈法插⼊(第⼀个元素出,后⾯元素前移,新元素从尾部⼊)cout<<" 第"<<x+1<<"次访问,页⾯"<<process[x]<<" 缺页中断 页⾯"<<process[x]<<"置换出页⾯"<<analogblock[0]<<endl; replace(process[x],mnum,analogblock[0]);//物理块中页⾯置换for (i=0;i<mnum-1;i++)analogblock[i]=analogblock[i+1];analogblock[mnum-1]=process[x];//////////////////maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素,回滚maxanalogblock 值count++;} else //若数组中存在待插⼊元素 {move(analogblock,mnum,judge(analogblock,mnum,process[x]));//移动下标为i 的元素到尾部maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素,回滚maxanalogblock 值cout<<" 第"<<x+1<<"次访问,页⾯"<<process[x]<<" 已存在 直接访问"<<endl;}}}//读⼀个序列号,输出当前数组元素cout<<"真实物理块情况:";for (i=0;i<mnum;i++) {if(block[i]!=-1)cout<<block[i]<<" ";}cout<<"模拟物理块情况:";for (i=0;i<mnum;i++) {if(analogblock[i]!=-1)cout<<analogblock[i]<<" ";}cout<<endl<<"页⾯换算次数为:"<<count<<endl;cout<<"置换率为:"<<(float)count/pnum<<endl;return 0;}//g++ test72.cpp -o test72 -lpthread&&./test72C++代码(LFU):#include<iostream>using namespace std;static int mnum;//物理块数static int pnum;//页⾯⾛向static int count=0;//页⾯置换次数static int **analogblock;//模拟物理块static int *block;//物理块static int *process;//随机页⾯访问序列int judge(int *a[],int n,int x) //判断数组中是否已有x,若有返回其下标值,没有则返回-1 {int i;for (i=0;i<n;i++)if(x==a[i][0])return i;return -1;}void replace(int y,int mnum,int x)//⽤于物理块页⾯置换,y是⽤来置换的页⾯,x是被置换的页⾯ { int i;for (i=0;i<mnum;i++)if(x==block[i])block[i]=y;}void move(int *a[],int n,int i) //移动下标为i的元素,⽐较访问次数次多少进⾏前进 {int j;int m=a[i][0];int m2=a[i][1];for (j=i;j<n-1;j++) {if(m2>=a[j+1][1]) {a[j][0]=a[j+1][0];a[j][1]=a[j+1][1];a[j+1][0]=m;a[j+1][1]=m2;}}}int main() {int i;int maxanalogblock=-1;//模仿栈的定义int x;//动态数组初始化cout<<"请输⼊页框⼤⼩物理块数:\n";cin>>mnum;if(mnum>999999) {cout<<"输⼊超出控制⼤⼩!"<<endl;return 0;}cout<<"⾃动⽣成的内存块需求序列个数:\n";cin>>pnum;if(pnum>999999) {cout<<"输⼊超出控制⼤⼩!"<<endl;return 0;}analogblock=(int**) (new int[mnum]);block=new int[mnum];process=new int[pnum];for (i=0;i<mnum;i++) analogblock[i]=(int*) new int[2];//⽤于保存页⾯号和访问次数for (i = 0; i < mnum; i++) {analogblock[i][0]=-1;analogblock[i][1]=0;}///////////////////////随机产⽣页⾯⾛向序列cout<<"产⽣随机序列如下:\n";srand( (unsigned)time( NULL ) );//以time函数值(即当前时间)作为种⼦数,保证两次产⽣序列的随机性for (i=0; i<pnum; i++) {process[i] = rand()%10;cout<<process[i]<<" ";}cout<<endl;//////////////////////cout<<"最近最不常使⽤(LFU)页⾯置换算法,结果: \n\n";//////////////////////for (x=0;x<pnum;x++) //⾃动读数 {//读⼀个序列号,输出当前数组元素cout<<"真实物理块情况:";for (i=0;i<mnum;i++) {if(block[i]!=-1)cout<<block[i]<<" ";}cout<<"模拟物理块情况:";for (i=0;i<mnum;i++) {if(analogblock[i][0]!=-1)cout<<analogblock[i][0]<<" ";//<<"访问次数"<<analogblock[i][1]<<" "}//////////////////////////maxanalogblock++;//读数后maxanalogblock⾃动+1if(maxanalogblock<mnum) //若在物理块范围内 {if(judge(analogblock,mnum,process[x])==-1)//若数组中不存在待插⼊元素 {analogblock[0][0]=process[x];//新元素从头部插⼊analogblock[0][1]=1;block[maxanalogblock]=process[x];//新元素从尾部插⼊move(analogblock,mnum,0);//移动下标为i的元素到相同访问次数页⾯的顶部cout<<" 第"<<x+1<<"次访问,页⾯"<<process[x]<<" 缺页中断调⼊页⾯"<<process[x]<<endl;} else //若数组中存在待插⼊元素 {// move(analogblock,maxanalogblock,judge(analogblock,mnum,process[x]));//移动下标为i的元素到尾部analogblock[judge(analogblock,mnum,process[x])][1]++;move(analogblock,mnum,judge(analogblock,mnum,process[x]));//移动下标为i的元素到相同访问次数页⾯的顶部maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素,回滚maxanalogblock值cout<<" 第"<<x+1<<"次访问,页⾯"<<process[x]<<" 已存在直接访问"<<endl;}} else //超过物理块数的元素 {if(judge(analogblock,mnum,process[x])==-1)//若数组中不存在待插⼊元素 {//栈法插⼊(新元素从头部⼊,替换掉头部)cout<<" 第"<<x+1<<"次访问,页⾯"<<process[x]<<" 缺页中断页⾯"<<process[x]<<"置换出页⾯"<<analogblock[0][0]<<endl; replace(process[x],mnum,analogblock[0][0]);//物理块中页⾯置换analogblock[0][0]=process[x];analogblock[0][1]=1;move(analogblock,mnum,0);//移动下标为i的元素相同访问次数页⾯的顶部//////////////////maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素,回滚maxanalogblock值count++;} else //若数组中存在待插⼊元素 {analogblock[judge(analogblock,mnum,process[x])][1]++;move(analogblock,mnum,judge(analogblock,mnum,process[x]));//移动下标为i的元素到相同访问次数页⾯的顶部maxanalogblock--;//因为没有插⼊新元素,回滚maxanalogblock值cout<<" 第"<<x+1<<"次访问,页⾯"<<process[x]<<" 已存在直接访问"<<endl; }}}//读⼀个序列号,输出当前数组元素cout<<"真实物理块情况:";for (i=0;i<mnum;i++) {if(block[i]!=-1)cout<<block[i]<<" ";}cout<<"模拟物理块情况:";for (i=0;i<mnum;i++) {if(analogblock[i][0]!=-1)cout<<analogblock[i][0]<<" ";}cout<<endl<<"页⾯换算次数为:"<<count<<endl;cout<<"置换率为:"<<(float)count/pnum<<endl;return 0;}//g++ test73.cpp -o test73 -lpthread&&./test73。
页面置换算法心得
页面置换算法心得
页面置换算法是解决操作系统内存管理问题的一种常见算法。
在进行内存管理时,操作系统需要将内存中的某些页(或者叫帧)置换(即替换)出去,以便让新的页进入内存。
而页面置换算法就是在选择哪些页进行置换时,采用一定的策略进行选择的算法。
常见的页面置换算法有FIFO、LRU等。
FIFO算法的思想是将最先进入内存的页面置换出去,即采用先进先出的策略。
这种算法实现简单,但是会忽略页面的使用情况,可能造成不必要的页面置换。
LRU算法则采用最近最少使用的策略,即置换最久未被使用的页面。
这种算法可以更准确地预测哪些页面要被使用,但是实现相对复杂,需要记录页面访问时间戳。
在应用页面置换算法时,需要根据实际情况选择合适的算法。
具体来说,可以针对不同的应用场景来考虑选择不同的页面置换算法。
对于一些访问频繁、对内存要求较高的应用场景,可以考虑采用LRU 算法。
而对于一些没有明显的访问模式的应用场景,则可以采用FIFO 算法。
另外,在进行页面置换算法时,还需要考虑一些附加因素,比如内存大小、页面大小等等。
内存大小的限制会影响可用的页面数目,从而影响页面置换算法的选择。
而页面大小的不同也会影响页面置换算法的选择,因为不同的页面大小对LRU算法的实现也会有影响。
总结来说,页面置换算法是操作系统内存管理中的重要问题,采用不同的页面置换算法可以更加高效地管理内存。
在应用页面置换算法时,需要结合实际应用场景考虑不同的算法选择,同时也需要考虑内存大小、页面大小等因素。
页面置换算法实验报告
页面置换算法实验报告背景页面置换算法是计算机操作系统中的一个重要概念,它用于解决操作系统需要共享有限的物理内存资源给多个进程使用的问题。
在操作系统中,每个进程都有自己的虚拟地址空间,但实际的物理内存资源是有限的。
当物理内存不足时,操作系统需要根据一定的策略将一部分进程暂时从内存中移出,以便为其他进程让出空间,而后再从外存中将其重新加载到内存中。
这个过程就是页面置换。
页面置换算法有很多种,比如最优页面置换算法(Optimal)、先进先出页面置换算法(FIFO)、最近最久未使用页面置换算法(LRU)等等。
不同的算法对于系统性能、响应时间等指标有着不同的影响,因此在实际应用中需要选择合适的算法来平衡各种需求。
本实验旨在通过模拟页面置换算法,并对不同算法进行性能分析,以便了解各种算法的优缺点,为实际系统的选择提供依据。
分析在实验中,我们选择了三种常用的页面置换算法,分别是FIFO、LRU和Optimal。
下面对这三种算法进行详细的分析和说明。
先进先出页面置换算法(FIFO)FIFO算法是最简单和最直观的页面置换算法。
它按照页面进入内存的顺序来选择被淘汰的页面。
当内存不足时,选择最早进入内存的页面进行置换,即将其从内存中移出。
FIFO算法不需要进行进一步的页面访问计算,只需要维护一个页面进入内存的队列即可,因此实现起来比较简单。
然而,由于FIFO算法没有考虑页面的访问频率和重要性,所以可能会导致被频繁访问的页面被淘汰出内存,从而影响系统的性能。
最近最久未使用页面置换算法(LRU)LRU算法是一种基于”最近使用原则”的页面置换算法。
它根据页面最近被访问的时间来选择被淘汰的页面。
当内存不足时,选择最长时间未被访问的页面进行置换,即将其从内存中移出。
LRU算法需要维护一个页面访问时间的记录,以便在需要置换时能够快速找到最近最久未使用的页面。
相比于FIFO算法,LRU算法更加合理地利用了页面的访问情况,但实现起来相对复杂一些。
先进先出置换算法原理描述 -回复
先进先出置换算法原理描述-回复先进先出(First-In-First-Out,FIFO)是一种常见的内存置换算法,用于操作系统中的页面置换。
该算法按照页面进入内存的时间顺序,将最先进入内存的页面置换出去。
首先,了解什么是内存置换算法很重要。
在计算机系统中,内存是有限的资源。
当系统运行的程序需要更多内存空间时,操作系统可能需要将一部分内存中的页面移出,以便为其他程序或者页面让出空间。
内存的管理通常使用页面(或者称为页框)的概念。
页面是内存和磁盘之间数据传输的最小单位。
页面大小可以根据系统需求而定,常见的页面大小为4KB或者8KB。
当程序需要某个页面时,操作系统首先检查该页面是否已经在内存中。
如果在,则将其标记为"在用",否则需要从磁盘中加载该页面到内存中。
如果内存已满,即没有可用的页面来存放新页面,则需要使用置换算法来选择哪些已经在内存中的页面需要替换出去。
FIFO算法就是其中一种置换算法,它最早提出并广泛应用于操作系统中的页面置换。
FIFO的基本思路是,最早进入内存的页面最早被置换出去。
具体来说,当操作系统需要将一个页面从内存中置换出去时,会查找内存中最早进入的页面。
这可以通过队列来实现,即最早进入内存的页面在队列头部,最后进入内存的页面在队列尾部。
队列会持续更新,保持内存中页面的进入顺序。
选择最早进入内存的页面进行置换,理论上可以保证更常用的页面留在内存中。
但同时也带来了一个问题,即被置换出去的页面可能是最新使用的页面,因此会导致较高的页错误率。
页错误率是指发生页面置换的概率,通常是用于衡量内存使用效率的指标,低的页错误率意味着更少的磁盘访问,提高程序运行效率。
虽然FIFO算法最早提出并易于实现,但它也存在一些问题。
其中一个问题是,它没有考虑页面的使用频率。
有些页面可能被频繁使用,而有些页面可能很少使用或者只使用一次。
如果一个不常使用的页面在内存中长时间占据空间,会导致更常使用的页面被置换出去,从而影响系统性能。
缺页中断处理过程和页面置换算法
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。
【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。
lru 页面置换算法
lru 页面置换算法LRU页面置换算法概述LRU(Least Recently Used)页面置换算法是一种常用的页面置换算法。
它的主要思想是根据页面最近被使用的时间来选择牺牲页。
即当内存不足时,选择最近最少使用的页进行替换。
实现原理LRU算法的实现需要维护一个链表和一个哈希表:1. 链表:用于按照访问时间从早到晚存储所有页框,链表头为最老的页框,链表尾为最新的页框。
2. 哈希表:用于快速查找某一页框是否在内存中,并且可以通过哈希表中存储的指针快速定位到对应节点在链表中的位置。
当一个新页需要进入内存时,如果内存未满,则直接将其插入链表尾部;如果内存已满,则选择链表头部(即最老)的页框进行替换,并将新页插入链表尾部。
每次访问时,将该节点移动到链表尾部,表示该节点是最新访问过的。
优点和缺点优点:1. 与FIFO(First In First Out)相比,LRU能更好地反映出程序局部性原理。
因为程序执行时往往会频繁地访问某些数据,而LRU算法正是根据这一原理来选择牺牲页的。
2. LRU算法可以有效地减少缺页率,提高系统性能。
缺点:1. 实现起来比较复杂,需要维护链表和哈希表两个数据结构。
2. 当程序访问模式不符合局部性原理时,LRU算法的效果会变差。
比如程序中存在周期性的访问模式或者随机访问模式时,LRU算法可能会频繁地替换掉最新访问过的页框。
应用场景1. LRU算法常用于操作系统中对内存进行管理,以提高系统性能。
2. 在缓存系统中也常使用LRU算法进行页面置换,以保证最常用的数据始终在缓存中。
3. 在数据库查询优化中也可以使用LRU算法进行缓存管理,以提高查询效率。
总结LRU页面置换算法是一种常用的页面置换算法。
它通过维护一个链表和一个哈希表来实现对内存中页框的管理,并根据最近被使用时间来选择牺牲页。
虽然实现起来比较复杂,但是它能更好地反映出程序局部性原理,并且可以有效地减少缺页率,提高系统性能。
LRU替换算法
LRU替换算法LRU替换算法是计算机操作系统中一种常用的页面置换算法,它的全名是Least Recently Used。
LRU算法的核心思想是“最近不常用的页面会在未来也不会被使用”,因此将其替换出去对系统性能的影响最小。
在LRU算法的实现中,系统会将最近使用的页面置于链表的最前端,而最近最少使用的页面则在链表的尾部。
当需要替换页面时,系统会选择链表尾部的页面进行替换。
这种算法的性能非常适合进程访问时呈现出明显的局部性原理。
LRU算法实现方式多种多样,在实践中大都是通过双向链表来实现的。
双向链表的头部始终存放最近访问的页面,尾部则是最近最少使用的页面。
每当某个页面被访问时,它就会被从链表原本的位置转移到链表的头部,这样访问频繁的页面便会留在链表的头部,访问不频繁的页面则会逐渐转移到链表的尾部。
在缓存空间被用满的时候,如果需要替换一个页面,那么就从链表的尾部选择一个未被访问过的页面进行替换。
这种替换方式确保了被替换的页面最近很少被使用,因此它的“价值”也较低。
与FIFO算法相比,LRU算法能够提供更好的缓存效果。
对于访问同样频繁的数据,LRU算法能够很好地将其保留在队列头,同时将不常访问的数据逐渐向队列尾部移动,从而保证队列中的数据都是有价值的。
此外,LRU算法没有FIFO算法的缺点,即如果一个数据被访问过,但是一直没有被替换,那么它将会一直留在队列中。
但是在实际应用中,LRU算法也存在一定的缺点。
首先,双向链表需要占用额外的内存来存储前后指针,因此使用LRU算法会增加系统的开销。
此外,LRU算法的实现需要对访问过的页面进行排序,这也会占用一定的CPU处理时间。
综上所述,LRU算法虽然不是完美的,但它仍然是计算机操作系统中最常用的页面置换算法之一,因为它能够提供很好的缓存效果。
此外,LRU算法也是页面替换算法的一种较好实现,其性能也得到了充分证明。
在实际运用中,根据系统的实际需求选择合适的置换算法是必不可少的。
页面置换算法实验报告实验心得
页面置换算法实验报告实验心得
一、实验背景
页面置换算法是操作系统中的一个重要概念,是内存管理机制的核心内容之一。
页面置换算法是为了解决内存有限的问题,通过将不常用的页面换出,腾出空间给新的页面使用。
页面置换算法有多种,如LRU、FIFO、Clock等。
本次实验主要研究这几种置换算法的实现原理并通过编程实现。
二、实验过程
本次实验首先通过查阅相关资料了解了LRU、FIFO、Clock等页面置换算法的实现原理。
在了解了原理之后,我们通过使用Python语言编写程序来模拟这些算法的实现。
实验中,我们首先编写了一段程序来生成一个不同大小的访问页面序列,并将生成的页面序列分别输入到LRU、FIFO、Clock算法的模拟程序中,观察算法的置换效果,并通过比较不同算法的置换效果来评估各个算法的优劣。
三、实验结果
通过实验,我们观察到在不同的访问页面序列下,各个算法的置换效果都有所不同。
在某些情况下,FIFO算法的置换效果最好,而在
其他情况下,LRU算法的置换效果最佳。
同时,在一些场景下,Clock算法的置换效果也不错。
这说明不同的页面置换算法对于不同的内存使用情况有着不同的适用性。
四、实验心得
通过本次实验,我们深入了解了页面置换算法的实现原理,并通过编程实现了这些算法。
通过实验,我们发现在不同的场景下,不同的页面置换算法的效果会有所不同。
因此,在实际应用中,我们需要考虑内存使用情况,选择最适合的页面置换算法来提高内存利用率和程序性能。
同时,通过这次实验,我们也了解了Python编程的基本语法和常用库的使用方法,对我们的编程能力有了一定的提高。
fifo算法的工作过程
fifo算法的工作过程
FIFO(First-In-First-Out)算法是一种最简单的页面置换算法,通常用于操作系统中管理页面的缓存。
它基于先进先出的原则,即最先进入缓存的页面最先被替换出去。
以下是FIFO算法的工作过程:
1. 初始化:首先,初始化一个固定大小的缓存,以存储页面。
缓存的大小通常由系统或应用程序设置。
2. 页面访问:当一个新页面需要被加载到缓存中时,系统会检查该页面是否已经在缓存中。
-如果该页面已经在缓存中,系统认为这是一个缓存命中,不需要进行替换,直接使用该页面。
-如果该页面不在缓存中,系统进行下一步。
3. 页面替换:当缓存已满,而需要将新页面加载到缓存中时,FIFO算法会选择最早进入缓存的页面进行替换。
-算法维护一个队列,用于按照页面进入缓存的顺序排列。
新页面被加载时,加入队尾。
-当需要替换页面时,选择队首的页面进行替换,因为它是最早进入缓存的。
4. 更新队列:替换完成后,更新队列,将新页面移到队尾,保持队列的顺序。
FIFO算法的优点是实现简单,容易理解和实现。
然而,它也有一些缺点,其中之一是它可能导致"Belady's Anomaly",即增加缓存大小时缺页率反而增加。
这是因为FIFO算法只关注了页面进入的顺序,而没有考虑页面的访问频率或重要性。
因此,在某些情况下,FIFO算法可能不是最优的页面置换算法。
在实际应用中,其他更复杂的算法,如LRU(Least Recently Used)或LFU(Least Frequently Used),可能会更好地适应不同的场景。
页面置换算法实验总结
页面置换算法实验总结
在操作系统中,页面置换算法是为了解决内存不足的问题,当内存中的页面不足时,需要选择一些页面进行置换,将其换出到磁盘上,从而为新的页面腾出空间。
在本次实验中,我实现了三种页面置换算法,分别是FIFO(先进先出)、LRU(最近最少使用)和OPT(最佳置换)。
下面是对这三种算法的总结:
1. FIFO算法:FIFO算法是最简单的页面置换算法,它按照页面进入内存的顺序进行置换。
实验结果显示,FIFO算法在某些情况下可能会导致“抖动”现象,即不断发生页面置换,性能较差。
2. LRU算法:LRU算法是根据页面的使用历史进行置换,将最长时间没有被使用的页面置换出去。
实验结果显示,LRU算法相比于FIFO算法在减少页面抖动方面表现更好,但是实现起来较为复杂,需要维护一个访问历史记录的数据结构。
3. OPT算法:OPT算法是一种理想情况下的页面置换算法,它通过预测未来的页面访问情况来选择最佳的页面进行置换。
实验结果显示,OPT算法在减少页面抖动方面表现最好,但是实现起来较为困难,需要对未来的页面访问情况进行预测。
综上所述,不同的页面置换算法在不同的场景下有着不同的表现。
FIFO算法简单易实现,但性能较差;LRU算法在某些情况下能够较好地减少页面抖动;OPT算法在理论上是最佳的页面置换算法,但实现起来较为困难。
实际中的选择需要根据具体的应用场景
和系统需求来确定。
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。
页面置换算法大题
页面置换算法大题摘要:1.页面置换算法简介2.页面置换算法分类a.最近最少使用(LRU)算法b.先进先出(FIFO)算法c.最近最不经常使用(LFU)算法d.时钟(Clock)算法3.页面置换算法性能评估4.页面置换算法在实际应用中的案例5.总结与展望正文:页面置换算法是在计算机内存管理中常用的一种算法,主要用于处理内存中页面不足的问题。
当内存中的空闲空间不足以容纳新的页面时,就需要选择一个或多个已存在的页面进行替换,以腾出空间来存放新页面。
页面置换算法就是用来决定哪些页面应该被替换的算法。
页面置换算法主要分为四类:最近最少使用(LRU)算法、先进先出(FIFO)算法、最近最不经常使用(LFU)算法和时钟(Clock)算法。
这四类算法各有优缺点,适用于不同的场景。
LRU算法是一种基于页面访问频率的替换策略,它会优先淘汰访问次数最少的页面。
这种算法的优点是简单易懂,容易实现,缺点是无法准确预测未来的访问频率,可能导致某些经常使用的页面被替换。
FIFO算法是一种基于页面进入内存时间的替换策略,它会优先淘汰最早进入内存的页面。
这种算法的优点是公平性较好,缺点是可能导致某些经常使用的页面被替换。
LFU算法是一种基于页面访问次数与访问时间的替换策略,它会优先淘汰访问次数最少且访问时间最长的页面。
这种算法的优点是能够较好地平衡页面使用频率与使用时间,缺点是实现复杂度较高。
Clock算法是一种基于页面访问时间的替换策略,它将内存中的页面分为若干个时间轮,根据页面在时间轮中的位置决定其优先级。
这种算法的优点是能够较好地平衡页面使用频率与使用时间,缺点是实现复杂度较高。
在评估页面置换算法的性能时,通常会使用命中率、页面置换次数、缺页率等指标。
命中率是指CPU从内存中直接读取指令和数据的次数与CPU从内存中读取指令和数据的总次数之比;页面置换次数是指在一段时间内,需要进行页面置换的次数;缺页率是指在一段时间内,发生缺页中断的次数与CPU执行指令的总次数之比。
简单clock页面置换算法
简单clock页面置换算法简单Clock页面置换算法一、引言在操作系统中,页面置换算法是解决内存管理中的一项重要问题。
当物理内存空间不足时,需要将部分页面从内存中换出到磁盘上,为新的页面腾出空间。
本文将介绍一种常用的页面置换算法——简单Clock页面置换算法。
二、简单Clock页面置换算法概述简单Clock页面置换算法是一种基于时钟的页面置换算法。
它采用了循环链表的数据结构来管理页面的使用情况,并通过一个指针指向最近一次访问的页面。
当需要置换页面时,算法会从当前指针位置开始顺序扫描页面链表,找到一个合适的页面进行置换。
三、算法流程1. 初始化时,将所有页面标记为未访问状态,并创建一个循环链表。
2. 当有新页面访问时,检查该页面是否在内存中。
- 如果在内存中,将该页面的访问位设置为1。
- 如果不在内存中,需要进行页面置换。
3. 页面置换的具体步骤如下:- 从当前指针位置开始,顺序扫描页面链表。
- 如果找到一个未被访问的页面,则选择该页面进行置换,并更新指针位置。
- 如果所有页面都被访问过,则选择第一个访问位为0的页面进行置换,并将该页面的访问位设置为1。
4. 置换完成后,将新页面加载到内存中,并将其访问位设置为1。
四、算法特点1. 简单Clock页面置换算法与FIFO(先进先出)页面置换算法类似,但引入了页面的访问位,可以更好地反映页面的使用情况。
2. 算法的性能较差,因为它仅考虑了页面的访问情况,并未考虑页面的使用频率。
3. 算法的实现相对简单,适用于对内存管理要求不高的场景。
五、算法优化为了提升页面置换算法的性能,可以考虑以下优化措施:1. 引入页面的使用频率信息,根据页面的访问次数进行页面置换。
2. 使用更复杂的页面置换算法,如最近最少使用(LRU)页面置换算法或最不经常使用(LFU)页面置换算法,根据页面的使用情况进行置换。
六、总结简单Clock页面置换算法是一种基于时钟的页面置换算法,在操作系统中起到了重要的作用。
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for(t=0;t<M;t++)
if(page[t].num==0)a++;//记录空的内存块数
if(a!=0) //有空内存块
{
int q=M;
for(t=0;t<M;t++)
if(page[t].num==0&&q>t)q=t;//把空内存块中块号最小的找出来
page[t].time=0; //替换后时间置为0
cout<<p[i].num<<" ";
print(page);
for(a=0;a<M;a++)
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};
Input(int m,Pro p[L])//打印页面走向状态
{
int i,j,c;
cout<<"请输入实际页面走向长度L(15<=L<=20):";
do
{
cin>>m;
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else break;
}while(1);
j=time(NULL);//取时钟时间
srand(j);//以时钟时间x为种子,初始化随机数发生器
cout<<"输出随机数: ";
for(i=0;i<m;i++)
{
p[i].num=rand( )%10+1;//产生1到10之间的随即数放到数组p中
print(page); //打印当前页面
t++; //下一个内存块
i++; //指向下一个页面
}
}
}
cout<<"缺页次数:"<<n<<" 缺页率:"<<n/m<<endl;
cout<<"不缺页"<<endl;
}
else //如果不在内存块中
{
n++; //缺页次数加1
t=Max(page); //返回最近最久未使用的块号赋值给t
page[t].num=p[i].num; //进行替换
cout<<endl;
cout<<"******************************************"<<endl;
while(i<m)
{
int a;
t=Search(p[i].num,page);
page[q].num=p[i].num;
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cout<<p[i].num<<" ";
print(page);
i++;
}
else
{
int temp=0,s;
for(t=0;t<M;t++)//寻找内存块中下次使用离现在最久的页面
}
return count;//返回count的值
}
int main()
{
int c;
int m=0,t=0;
float n=0;
Pro p[L];
cout<<" ********************************************* "<<endl;
page[i].num=-1;
page[i].time=m-1-i;
}
i=0;
if(c==1)//FIFO页面置换
{
n=0;
cout<<"******************************************"<<endl;
{
if(t==M)t=0;
else
{
n++; //缺页次数加1
page[t].num=p[i].num;//把当前页面放入内存
cout<<p[i].num<<" ";
page=page1;
for(int i=0;i<M;i++)
if(e==page[i].num) return i;//返回i值
return -1;
}
int Max(Pro *page1)//寻找最近最长未使用的页面
{
Pro *page=new Pro[M];
if(temp<Count(page,i,t,p))
{
temp=Count(page,i,t,p);
s=t;
}//把找到的块号赋给s
page[s].num=p[i].num;
n++;
cout<<p[i].num<<" ";
cout<<"4:退出"<<endl;
do{
cout<<"按1~4键操作:"<<endl;
cin>>c;
system("cls");
for(int i=0;i<M;i++)//初试化页面基本情况
{
for(i=0;i<M;i++)
if(e==page[i].time) return i;//找到离现在时间最长的页面返回其块号
return -1;
}
int Count(Pro *page1,int i,int t,Pro p[L])//记录当前内存块中页面离下次使用间隔长度
cout<<"请输入可用内存页面数m(3~5): ";
do
{
cin>>M;
if(M>5||M<3)
cout<<"内存块M须在3~5之间,请重新输入M: ";
else break;
}while(1);
m=Input(m,p);//调用input函数,返回m值
}
i++;
}
cout<<"缺页次数:"<<n<<" 缺页率:"<<n/m<<endl;
}
if(c==3)//OPT页面置换
{
n=0;
cout<<"******************************************"<<endl;
#include<iostream.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h&最大为20
int M; //内存块
struct Pro//定义一个结构体
{
int num,time;
cout<<endl;
cout<<" OPT算法置换情况如下: "<<endl;
cout<<endl;
cout<<"******************************************"<<endl;
{
if(Search(p[i].num,page)>=0) //当前页面在内存中
{ cout<<p[i].num<<" "; //输出当前p[i].num
cout<<"不缺页"<<endl;
i++; //i加1
}
else //当前页不在内存中
p[i].time=0;
cout<<p[i].num<<" ";
}
cout<<endl;
return m;
}
void print(Pro *page1)//打印当前的页面
{
Pro *page=new Pro[M];
page=page1;
for(int i=0;i<M;i++)
}
if(c==2)//LRU页面置换
{
n=0;
cout<<"******************************************"<<endl;
cout<<endl;
cout<<" LRU算法页面置换情况如下: "<<endl;
{
Pro *page=new Pro[M];
page=page1;
int count=0;
for(int j=i;j<L;j++)