详解页式管理置换算法FIFO_LRU_OPT

页式管理
OPT、LRU、FIFO置换算法详解
指令：
1,2,3,4,
2,1,5,6,
2,1,2,3,
7,6,3,2,
1,2,3,6
若内存最多容纳4个页面，则……
一、OPT（理想型淘汰）算法
该算法无法实现。

置换规则：
（1）淘汰内存中以后不再访问的页面；
（2）如果没有（1），则淘汰将要访问指令之后的将来最迟被访问的指令的页面。

分析：
（1）当访问5时，内存1,2,3,4,发生第5次中断，淘汰不再访问的4，换入5，内存1,2,3,5；
（2）当访问6时，内存1,2,3,5,发生第6次中断，淘汰不再访问的5，换入6，内存1,2,3,6；
（3）当访问7时，内存1,2,3,6,发生第7次中断，由于之后的指令（1、2、3、6）都是现在内存页面都存在的指令，无法淘汰，但可以根据指令访问顺序，先淘汰将来最迟被访问的1，换入7，置换后的内存7,2,3,6；
（4）当访问1时，内存7,2,3,6,发生第8次中断，淘汰不再访问的7，换入1，内存1,2,3,6；
即OPT算法一共会出现8次缺页中断。

二、LRU（最近最久未使用）算法
该算法利用堆栈实现，每次访问都调整堆栈中页面顺序。

把被访问页面从栈移出再压入栈顶。

置换规则：
（1）栈顶始终为最新访问过的页面；
（2）栈底始终为最近最久未被访问的页面；
（3）访问存在的页面要调到栈顶。

分析：
（1）访问第5个指令2时，由于内存页面中已经存在2，所以不置换，但调整2在栈中顺序，即将2调到栈顶，其它页面依次后置。

调整前内存4,3,2,1,调整后内存2,4,3,1；（2）访问第7个指令5时，发生第5次中断，原内存1,2,4,3,淘汰栈底3，栈顶调入5，调整后内存5,1,2,4；
（3）访问第8个指令6时，发生第6次中断，原内存5,1,2,4,，淘汰栈底4，栈顶调入6，调整后内存6,5,1,2；
……
即LRU算法一共会出现10次缺页中断。

三、FIFO（先进先出）算法
该算法利用队列实现。

FIFO与LRU的区别是FIFO遇到内存中存在的页面不需要调换页面顺序。

置换规则：
（1）淘汰队尾；
（2）即将访问的页调入队头；
（3）访问存在的页面不用调到队头。

页面3 1 2 2 2 3 4 5 6 6 2 1 3 3 7 6 6 2 2 页面4 1 1 1 2 3 4 5 5 6 2 1 1 3 7 7 6 6 是否中断Y Y Y Y N N Y Y Y Y N Y Y Y N Y Y N Y N
分析：
（1）访问第5个指令2时，由于内存页面中已经存在2，所以不置换，与LRU不同的是，不需要调换顺序，保持内存原样4,3,2,1；
（2）访问第7个指令5时，发生第5次中断，原内存1,2,3,4,由于内存页面中不存在5，所以将队尾4淘汰，队头调入5，调整后内存5,1,2,3；
（3）访问第8个指令6时，发生第6次中断，原内存5,4,3,2,由于内存页面中不存在6，所以将队尾2淘汰，队头调入6，调整后内存6,5,4,3；
……
即FIFO算法一共会出现14次缺页中断。

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评指正。

珠海观音山下2018年5月9日。