(LRU)置换算法-操作系统
操作系统页面置换算法（opt,lru,fifo,clock）实现
操作系统页⾯置换算法（opt,lru,fifo,clock ）实现选择调出页⾯的算法就称为页⾯置换算法。
好的页⾯置换算法应有较低的页⾯更换频率，也就是说，应将以后不会再访问或者以后较长时间内不会再访问的页⾯先调出。
常见的置换算法有以下四种（以下来⾃操作系统课本）。
1. 最佳置换算法(OPT)最佳(Optimal, OPT)置换算法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。
但由于⼈们⽬前⽆法预知进程在内存下的若千页⾯中哪个是未来最长时间内不再被访问的，因⽽该算法⽆法实现。
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。
图3-26 利⽤最佳置换算法时的置换图2. 先进先出(FIFO)页⾯置换算法优先淘汰最早进⼊内存的页⾯，亦即在内存中驻留时间最久的页⾯。
该算法实现简单，只需把调⼊内存的页⾯根据先后次序链接成队列，设置⼀个指针总指向最早的页⾯。
但该算法与进程实际运⾏时的规律不适应，因为在进程中，有的页⾯经常被访问。
图3-27 利⽤FIFO 置换算法时的置换图这⾥仍⽤上⾯的实例，⾤⽤FIFO 算法进⾏页⾯置换。
进程访问页⾯2时，把最早进⼊内存的页⾯7换出。
然后访问页⾯3时，再把2, 0, 1中最先进⼊内存的页换出。
lru 页面置换算法
LRU 页面置换算法1. 简介LRU（Least Recently Used）页面置换算法是一种常用的操作系统内存管理算法，用于在内存不足时决定哪些页面应该被置换出去以腾出空间给新的页面。
LRU算法基于一个简单的原则：最近最少使用的页面应该被置换。
在计算机系统中，内存是有限的资源，而运行程序所需的内存可能超过可用内存大小。
当系统发现没有足够的空闲内存来加载新页面时，就需要选择一些已经在内存中的页面进行替换。
LRU算法就是为了解决这个问题而设计的。
2. 原理LRU算法基于一个简单的思想：如果一个页面最近被访问过，那么它将来可能会再次被访问。
相反，如果一个页面很久没有被访问过，那么它将来可能不会再次被访问。
根据这个思想，LRU算法将最近最少使用的页面置换出去。
具体实现上，可以使用一个数据结构来记录每个页面最近一次被访问的时间戳。
当需要替换一页时，选择时间戳最早（即最久未访问）的页面进行替换即可。
3. 实现方式LRU算法的实现可以基于多种数据结构，下面介绍两种常见的实现方式。
3.1 使用链表一种简单的实现方式是使用一个双向链表来记录页面的访问顺序。
链表头部表示最近访问过的页面，链表尾部表示最久未被访问过的页面。
每当一个页面被访问时，将其从原位置移动到链表头部。
当需要替换一页时，选择链表尾部的页面进行替换。
这种实现方式的时间复杂度为O(1)，但空间复杂度较高，为O(n)，其中n为内存中可用页面数。
class Node:def __init__(self, key, value):self.key = keyself.value = valueself.prev = Noneself.next = Noneclass LRUCache:def __init__(self, capacity):self.capacity = capacityself.cache = {}self.head = Node(0, 0)self.tail = Node(0, 0)self.head.next = self.tailself.tail.prev = self.headdef get(self, key):if key in self.cache:node = self.cache[key]self._remove(node)self._add(node)return node.valueelse:return -1def put(self, key, value):if key in self.cache:node = self.cache[key]node.value = valueself._remove(node)self._add(node)else:if len(self.cache) >= self.capacity:del self.cache[self.tail.prev.key] self._remove(self.tail.prev)node = Node(key, value)self.cache[key] = nodeself._add(node)def _remove(self, node):prev = node.prevnext = node.nextprev.next = nextnext.prev = prevdef _add(self, node):head_next = self.head.nextself.head.next = nodenode.prev = self.headnode.next = head_nexthead_next.prev = node3.2 使用哈希表和双向链表另一种实现方式是使用一个哈希表和一个双向链表。
页式虚拟存储管理FIFO、LRU和OPT页面置换算法
目录1 需求分析 (2)1.1 目的和要求 (2)1.2 研究内容 (2)2 概要设计 (2)2．1 FIFO算法 (3)2．2 LRU算法 (3)2．3 OPT算法 (3)2．4 输入新的页面引用串 (3)3 详细设计 (4)3．1 FIFO（先进先出）页面置换算法： (4)3．2 LRU（最近最久未使用）置换算法： (4)3．3 OPT（最优页）置换算法 (4)4 测试 (5)5 运行结果 (5)6 课程设计总结 (9)7 参考文献 (10)8 附录：源程序清单 (10)1 需求分析1.1 目的和要求在熟练掌握计算机虚拟存储技术的原理的基础上，利用一种程序设计语言模拟实现几种置换算法，一方面加深对原理的理解，另一方面提高学生通过编程根据已有原理解决实际问题的能力，为学生将来进行系统软件开发和针对实际问题提出高效的软件解决方案打下基础。
1.2 研究内容模拟实现页式虚拟存储管理的三种页面置换算法（FIFO(先进先出)、LRU （最近最久未使用）和OPT（最长时间不使用）），并通过比较性能得出结论。
前提：（1）页面分配采用固定分配局部置换。
（2）作业的页面走向和分得的物理块数预先指定。
可以从键盘输入也可以从文件读入。
（3）置换算法的置换过程输出可以在显示器上也可以存放在文件中，但必须清晰可读，便于检验。
2 概要设计本程序主要划分为4个功能模块，分别是应用FIFO算法、应用LRU算法、应用OPT算法和页面引用串的插入。
1.1各模块之间的结构图2．1 FIFO 算法该模块的主要功能是对相应页面引用串进行处理，输出经过FIFO 算法处理之后的结果。
2．2 LRU 算法该模块的主要功功能是对相应的页面引用串进行处理，输出经过LRU 算法处理之后的结果。
2．3 OPT 算法该模块的主要功功能是对相应的页面引用串进行处理，输出经过OPT 算法处理之后的结果。
2．4 输入新的页面引用串该模块的主要功能是用户自己输入新的页面引用串，系统默认的字符串是0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0，用户可以自定义全新的20个数字页面引用串。
操作系统课程设计面置换算法LRU算法
实验报告实验说明：执行程序时，当主存没有可用页面时，为了选择淘汰主存中的哪一页 面，腾出1个空闲块以便存放新调入的页面。
淘汰哪个页面的首要问题是 选择何种置换算法。
该程序采用LRU 方法选择，依置换策略选择一个可置 换的页面并计算它们的缺页率以便比较。
包括实验内容及条件) 主要参考书 计算机操作系统原理 操作系统 算法流程图:西安大学出版社 电子工业出版社 汤子涵主编 William Stallings 著主更算法流程图(包括实验步骤int ijndex=-l;for(i=0;i<M;i++){if(a[i]=-l){index=i;break:return index;void swap(int x){int i,k,temp,tempO;int index=isIn(xjeg|O]); /****判断x 是否在reg[O]数组中*******/if(index!=-l){reg[ 1 ][index]=reg[ 1 ] [index] A N; /**reg[ 1 ] [index]异或二进制数10000000**/}else{temp=isFull(reg[OJ);if(temp!=-l){ /*******内存没有满，直接调入页而************/reg[O][temp]=x;reg[ l][temp]=reg( l][tcnip]A N;}else if(temp==-l){k=min(reg[l ]);/**置换出寄存器中数值最小的对应的下标的页面***/tenipO=reg[O][k]; /*********临时保留要换出的页而号*****/ reg[O][k]=x;reg[l][k]=reg[l](kpN:printf(M the page %d is exchanged out!\n M,tempO);/******打印要置换出的页号** ******* *****/count++; /*********g 换次数加1 ♦*****♦*♦*****/ }}for(i=0;i<M;i++){reg[l][i]=reg[l][i]»l;/******** 寄存器中的所有数右移一位 *****/ }}niain(){ int x;system("cls");init();printfC^Input a sort of pages\n n); printf(v while you input -1 Jt will stop!\n H);scanf(M%d M,&x);/********输入页面号，宜到页而号为-!*♦*******/ while(x!=-l){num++; /*******输入的页而次数加1枠**#粋/swap(x);scanf(,r%d,\&x);}/** ****** *******打印缺页数和缺页率******* *** **** ****“$*/ printf(u the count of Exchanged is: %d \n H,count);printf(u the rate of exchanged is: %f\n,\count* 1.0/nuni); getch();)本次实践计划. 进度安排及完成情况05月09号商讨如何实现本次实验以及同学之间的分工. 05月10号査阅相关资料.05月16号~05月17号基本完成程序修改完善程序.代码测试.完成实验报告.主要测试方法及测试数据，包括测试结果及实验结果：Input a sort of pageswhile you input ~1 , it will stop! 712the page 7 is exchanged out!3the page 1 is exchanged out!4the page 2 is exchanged out!2the page 3 is exchanged out!43the page 0 is exchanged out!the page 2 is exchanged out!。
闽南师范大学操作系统课程设计内存LRU页面置换算法的设计
闽南师范⼤学操作系统课程设计内存LRU页⾯置换算法的设计闽南师范⼤学操作系统课程设计内存LRU页⾯置换算法的设计姓名：学号：系别：计算机学院专业：⽹络⼯程专业年级：13⽹络2班指导教师：全秀祥、闫格2016年5⽉15⽇⽬录⼀、课程设计项⽬介绍 (3)1.1 项⽬介绍 .................... 错误！未定义书签。
1.2 设计⽬的 (3)⼆、总体设计 (4)2.1 总体结构 (4)2.2 原理框图 (4)2.2 设计原理 (4)三、详细设计 (5)3.1数据结构 (5)3.2程序流程图 (5)3.2代码及注释 (6)四、运⾏结果 (14)4.1运⾏及测试结果 (14)4.2 使⽤说明书 (16)五、课程设计⼩结与⼼得体会 (17)5.1 课设⼩结 (17)5.2 ⼼得体会 (18)⼀、课程设计项⽬介绍1.1 项⽬介绍-内容：实现教材4.8节中所描述的LRU置换算法-要求：假设系统采⽤固定分配局部置换策略，某进程的总页⾯数为8（分别以数字0－7来代表）；运⾏时，输⼊分配给该进程的页块数（如：3）和⼀个20位长的页⾯访问序列（如：12560,36536,56042,70435），输出缺页次数和缺页率。
置换图如下所⽰：序1 2 5 6 0 3 6 5 3 6 5 6 0 4 2 7 0 4 3 5列1 1 1 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 3 32 2 2 0 0 0 5 5 5 5 5 5 4 4 4 0 0 0 55 5 5 3 3 3 3 3 3 3 0 0 2 2 2 4 4 4缺√√√√√√√√√√√√√√√页则缺页次数和缺页率为：缺页次数：15 缺页率：15/20=0.751.2 设计⽬的通过对内存页⾯置换算法的设计，深⼊理解虚拟存储管理的原理。
⼆、总体设计2.1 总体结构LRU页⾯置换算法⾃定义页⾯应⽤LRU算法EXIT2.2 原理框图-1-1-11-1-112-1125Block2.3 设计原理LRU：最近最久未使⽤置换算法。
LRU算法原理解析
LRU算法原理解析LRU是Least Recently Used的缩写，即最近最少使⽤，常⽤于页⾯置换算法，是为虚拟页式存储管理服务的。
现代操作系统提供了⼀种对主存的抽象概念虚拟内存，来对主存进⾏更好地管理。
他将主存看成是⼀个存储在磁盘上的地址空间的⾼速缓存，在主存中只保存活动区域，并根据需要在主存和磁盘之间来回传送数据。
虚拟内存被组织为存放在磁盘上的N个连续的字节组成的数组，每个字节都有唯⼀的虚拟地址，作为到数组的索引。
虚拟内存被分割为⼤⼩固定的数据块虚拟页(Virtual Page,VP)，这些数据块作为主存和磁盘之间的传输单元。
类似地，物理内存被分割为物理页(Physical Page,PP)。
虚拟内存使⽤页表来记录和判断⼀个虚拟页是否缓存在物理内存中：如上图所⽰，当CPU访问虚拟页VP3时，发现VP3并未缓存在物理内存之中，这称之为缺页，现在需要将VP3从磁盘复制到物理内存中，但在此之前，为了保持原有空间的⼤⼩，需要在物理内存中选择⼀个牺牲页，将其复制到磁盘中，这称之为交换或者页⾯调度，图中的牺牲页为VP4。
把哪个页⾯调出去可以达到调动尽量少的⽬的？最好是每次调换出的页⾯是所有内存页⾯中最迟将被使⽤的——这可以最⼤限度的推迟页⾯调换，这种算法，被称为理想页⾯置换算法，但这种算法很难完美达到。
为了尽量减少与理想算法的差距，产⽣了各种精妙的算法，LRU算法便是其中⼀个。
LRU原理LRU 算法的设计原则是：如果⼀个数据在最近⼀段时间没有被访问到，那么在将来它被访问的可能性也很⼩。
也就是说，当限定的空间已存满数据时，应当把最久没有被访问到的数据淘汰。
根据所⽰，假定系统为某进程分配了3个物理块，进程运⾏时的页⾯⾛向为 7 0 1 2 0 3 0 4，开始时3个物理块均为空，那么LRU算法是如下⼯作的：基于哈希表和双向链表的LRU算法实现如果要⾃⼰实现⼀个LRU算法，可以⽤哈希表加双向链表实现：设计思路是，使⽤哈希表存储 key，值为链表中的节点，节点中存储值，双向链表来记录节点的顺序，头部为最近访问节点。
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。
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
1. 实验背景
页面置换算法是操作系统中的重要概念，主要用于解决内存不足的问题。
它通过将当前不需要的页面从内存中移出，以腾出空间给即将到来的页面。
本次实验主要是通过模拟不同页面置换算法的过程，来更好地了解和掌握这些算法的实现原理及其优缺点。
2. 实验过程
本次实验中，我们使用了三种页面置换算法，分别是最优页面置换算法（OPT）、先进先出页面置换算法（FIFO）和最近最久未使用页面置换算法（LRU）。
在模拟的过程中，我们需要先给每个页面设置一个访问时间，然后根据不同算法的实现原理来决定哪个页面被置换出去。
通过实验，我们发现不同的算法在不同情况下的效果也会不同。
比如，当页面访问时间相对均匀分布时，FIFO算法的效果会比较好，而当页面访问时间存在一定规律性时，LRU算法的效果则会更好。
而OPT 算法则需要未来时间的信息，一般情况下难以实现，但是在某些特殊情况下，它也可以发挥出比较好的效果。
3. 实验心得
通过本次实验，我更深入地了解了页面置换算法的实现原理，学会了如何根据不同算法的特点来选择合适的算法来解决内存不足的问题。
在实验过程中，我也学会了如何使用Python编程语言来模拟不同算法的过程，提高了我的编程能力。
通过不断地调试和实验，我还学会了如何发现问题和解决问题的方法，这对我今后的学习和工作都大有裨益。
总之，本次实验不仅加深了我对操作系统中重要概念的理解，也提高了我的编程和分析问题的能力，让我对未来的学习和工作充满信心和热情。
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。
lru替换策略
lru替换策略LRU（Least Recently Used，最近最少使用）替换策略是计算机科学领域中使用最广泛的内存管理策略之一，它通过根据用户使用页面的频率来决定哪些页面应该由虚拟地址转换为物理地址，以达到更好的内存管理效果。
下面是LRU替换策略的具体解释：1. 典型场景：LRU替换策略是通常用于磁盘缓存或虚拟存储的替换策略。
它的目的是尽可能最大程度地利用存储媒体的空间，使空间得到更充分的利用，以便有效地提高系统性能。
2. 工作原理：LRU替换策略假设，如果某个页面最近被访问过，那么在不久的将来它也会被访问到，因此当要替换一个页面的时候，会优先替换没有被使用的页面，这样较劣质的页面在被释放后很快又能被访问到。
3. 特点：(1) 它是一种最经常使用的页面替换算法，但其最大的缺点就是可能会有一些冗余的内存换出;(2) 另外，它根据页面最近使用的情况来决定替换哪一页，因此只要页面被访问过就不会被太快替换掉，对于那些被经常使用的页面，LRU算法可以比较好地维护页面的分配，可以使系统的总体性能提高。
4. 优势：LRU替换策略具有以下几点优势：(1) 实现简单：LRU算法只需要维护一个有序的页面访问表，即能够快速定位需要换出的页面；(2) 少的缺页次数：LRU算法能够运用当前的访问表，更好地实现未来访问模式的预测，从而减少缺页次数；(3) 少的发生率：LRU算法只要快速读取内存中的访问表即可，从而使发生率降低。
总之，LRU（Least Recently Used，最近最少使用）替换策略是一种有效的内存管理策略，其优势在于简单易实现，可以降低缺页次数，同时降低发生率，使系统可以得到更有效的内存管理，获得更好的性能。
操作系统各种调度算法
操作系统各种调度算法⼀、批处理作业调度算法1.先来先服务调度算法First Come，First Served.（FCFS）:就是按照各个作业进⼊系统的⾃然次序来调度作业。
这种调度算法的优点是实现简单，公平。
其缺点是没有考虑到系统中各种资源的综合使⽤情况，往往使短作业的⽤户不满意，因为短作业等待处理的时间可能⽐实际运⾏时间长得多。
2.短作业优先调度算法shortest job first(SPF): 就是优先调度并处理短作业，所谓短是指作业的运⾏时间短。
⽽在作业未投⼊运⾏时，并不能知道它实际的运⾏时间的长短，因此需要⽤户在提交作业时同时提交作业运⾏时间的估计值。
3.最⾼响应⽐优先算法Hightest response-radio next(HRN)：FCFS可能造成短作业⽤户不满，SPF可能使得长作业⽤户不满，于是提出HRN，选择响应⽐最⾼的作业运⾏。
响应⽐=1+作业等待时间/作业处理时间。
4. 基于优先数调度算法Highest Possible Frequency(HPF)：每⼀个作业规定⼀个表⽰该作业优先级别的整数，当需要将新的作业由输⼊井调⼊内存处理时，优先选择优先数最⾼的作业。
5.均衡调度算法，即多级队列调度算法基本概念：作业周转时间（Ti）＝完成时间(Tei)－提交时间(Tsi)作业平均周转时间(T)＝周转时间/作业个数作业带权周转时间（Wi）＝周转时间/运⾏时间响应⽐＝（等待时间＋运⾏时间）/运⾏时间⼆、进程调度算法1.先进先出算法(FIFO)：按照进程进⼊就绪队列的先后次序来选择。
即每当进⼊进程调度，总是把就绪队列的队⾸进程投⼊运⾏。
2. 时间⽚轮转算法Round Robin(RR)：分时系统的⼀种调度算法。
轮转的基本思想是，将CPU的处理时间划分成⼀个个的时间⽚，就绪队列中的进程轮流运⾏⼀个时间⽚。
当时间⽚结束时，就强迫进程让出CPU，该进程进⼊就绪队列，等待下⼀次调度，同时，进程调度⼜去选择就绪队列中的⼀个进程，分配给它⼀个时间⽚，以投⼊运⾏。
操作系统_页面置换算法FIFO,OPT,LRU实现
操作系统第六次上机在一个请求分页系统中，设页面大小占100个单元，假如系统分配给一个作业的物理块数为3，试求出用FIFO，LRU，OPT三种算法在程序访问过程中所发生的缺页次数及缺页率，每次中断时都需要打印出来或者标示出来。
（假设最初页面都在外存）1. 假定此作业的访问地址序列为202，313，252，111，546，217，444，544，365，223，398，111。
2. 输入任意的访问序列，也必须正确显示。
/*代码尚需完善：1.应由用户输入数组，且应根据题目要求对每个数/100，得到页块标号。
2.在动态输入的情况下，通过sizeof,获得数组长度，实现任意输入的处理。
3.FIFO算法实现，why？4.在OPT实现中，mark属性设置，以及向后遍历的参数设置？*///前三个页块单独处理，需注意前三个页块也可能重复。
已做出修改！#include<iostream>usingnamespace std;int input[12] = { 2,3,2,1,5,2,4,5,3,2,3,1 };class page{public:int num;int mark;page(){num = 0;mark = -1;}};void FIFO(){cout<<"------FIFO-----------"<<endl;int error = 0;page frame[3]; //页帧bool flag = true;int check = 0;for (int i = 0; i<3; i++) //处理前三个引用{for (int k = 0; k <i; k++) {if (input[i] == input[k])flag = false;}if (flag == true) {frame[i].num = input[i];frame[i].mark = i;error++;cout<< frame[i].num<<" | ";for (int j = 0; j <= i; j++)cout<< frame[j].num<<' ';cout<<endl;}else{check++;}}for (int i = 3-check; i<12; i++){int j;for (j = 0; j<3; j++)if (input[i] == frame[j].num){cout<< input[i] <<endl;break;}if (j == 3){error++;frame[((error - 1) % 3)].num = input[i]; //换掉最旧的页//？？？？cout<< input[i] <<" | ";for (int k = 0; k<3; k++)cout<< frame[k].num<<' ';cout<<endl;}}cout<<"FIFO:"<<endl;cout<<"Error次数:"<< error <<endl;cout<<"Frame Error:"<< (error/12.0) <<endl<<endl; }void OPT(){cout<<"------OPT------------"<<endl;int error = 0;page frame[3];bool flag = true;int check = 0;for (int i = 0; i<3; i++) //处理前三个引用{for (int k = 0; k <i; k++) {if (input[i] == input[k])flag = false;}if (flag == true) {frame[i].num = input[i];error++;cout<< frame[i].num<<" | ";for (int j = 0; j <= i; j++)cout<< frame[j].num<<' ';cout<<endl;}else{check++;}}for (int i = 3-check; i<12; i++){int j;for (j = 0; j<3; j++)if (input[i] == frame[j].num){cout<< input[i] <<endl;break;}if (j == 3){error++;for (j = 0; j<3; j++){frame[j].mark = 21; //？？？for (int k =20; k >= i; k--) //向后遍历，找到最长时间不用的页//k =20？？？貌似修改后会出问题{if (frame[j].num == input[k])frame[j].mark = k;}}if (frame[0].mark>frame[1].mark&&frame[0].mark>frame[2].mark)frame[0].num = input[i];elseif (frame[1].mark>frame[0].mark&&frame[1].mark>frame[2].mark)frame[1].num = input[i];elseframe[2].num = input[i];cout<< input[i] <<" | ";for (int k = 0; k<3; k++)cout<< frame[k].num<<' ';cout<<endl;}}cout<<"OPT:"<<endl;cout<<"Error次数:"<< error <<endl;cout<<"Frame Error:"<< (error / 12.0) <<endl<<endl;}void LRU(){cout<<"------LRU------------"<<endl;int error = 0;page frame[3];bool flag = true;int check = 0;for (int i = 0; i<3; i++)//处理前三个引用{for (int k = 0; k <i; k++) {if (input[i] == input[k])flag = false;}if (flag == true) {frame[i].num = input[i];error++;cout<< frame[i].num<<" | ";for (int j = 0; j <= i; j++)cout<< frame[j].num<<' ';cout<<endl;}else{check++;}}for (int i = 3-check; i<12; i++){int j;for (j = 0; j<3; j++)if (input[i] == frame[j].num){cout<< input[i] <<endl;break;}if (j == 3){error++;for (j = 0; j<3; j++){frame[j].mark = -1;for (int k = 0; k <= i; k++)//向前遍历，找到最近最少使用的{if (frame[j].num == input[k])frame[j].mark = k;}}if (frame[0].mark<frame[1].mark&&frame[0].mark<frame[2].mark)frame[0].num = input[i];elseif (frame[1].mark<frame[0].mark&&frame[1].mark<frame[2].mark) frame[1].num = input[i];elseframe[2].num = input[i];cout<< input[i] <<" | ";for (int k = 0; k<3; k++)cout<< frame[k].num<<' ';cout<<endl;}}cout<<"LRU:"<<endl;cout<<"Error次数:"<< error <<endl;cout<<"Frame Error:"<< (error / 12.0)<<endl<<endl;}int main(){FIFO();OPT();LRU(); }。
lru页面置换算法课程设计
lru页面置换算法课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解操作系统中内存管理的重要性，掌握LRU（最近最少使用）页面置换算法的基本原理；2. 掌握LRU算法在虚拟内存中的应用，了解其在提高内存利用率方面的作用；3. 学会分析不同页面置换算法的优缺点，并能够比较LRU算法与其他算法的性能差异。
技能目标：1. 能够运用所学知识编写简单的LRU页面置换算法程序，实现虚拟内存的页面置换功能；2. 培养学生的编程实践能力，提高问题分析、解决能力；3. 学会通过实验数据分析页面置换算法的性能，培养科学研究和评价的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机操作系统领域的学习兴趣，激发学生主动探索精神；2. 培养学生团队合作意识，学会倾听、交流、协作，提高人际沟通能力；3. 引导学生关注科技发展，了解页面置换算法在现实生活中的应用，培养学生的社会责任感。
本课程针对高中年级学生，结合学科特点和教学要求，注重理论与实践相结合，以培养学生的实际操作能力和创新精神为核心。
通过本课程的学习，使学生能够掌握LRU页面置换算法的基本原理，具备一定的编程实践能力，同时培养学生的团队合作意识和人际沟通能力，为将来的学习和工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 理论知识：- 操作系统内存管理概述，理解内存分配、回收和页面置换的基本概念；- LRU页面置换算法的原理与实现步骤，对比其他常见页面置换算法；- 虚拟内存的工作原理，分析LRU算法在虚拟内存管理中的作用。
2. 实践操作：- 编写LRU页面置换算法的伪代码或程序，实际操作演示；- 设计实验，模拟不同场景下页面访问序列，分析LRU算法的性能表现；- 优化LRU算法，探讨提高页面置换效率的方法。
3. 教学大纲：- 第一课时：操作系统内存管理概述，介绍内存分配与回收；- 第二课时：页面置换算法原理，分析LRU算法的优势与局限；- 第三课时：虚拟内存与LRU算法，讲解LRU在虚拟内存中的应用；- 第四课时：实践操作，编写LRU页面置换算法程序，进行性能分析；- 第五课时：课程总结，探讨优化策略，拓展相关知识。
操作系统实验(四)实验报告--虚拟内存
操作系统实验(四)实验报告--虚拟内存操作系统实验（四）虚拟内存1、实验题目页面置换算法模拟——OPT、FIFO和LRU算法2、实验目的了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法，如最佳（Optimal）置换算法、先进先出（Fisrt In First Out）置换算法和最近最久未使用（Least Recently Used）置换算法3、实验内容1）OPT算法：需要发生页面置换时，算法总是选择在将来最不可能访问的页面进行置换。
2）FIFO算法：算法总是选择在队列中等待时间最长的页面进行置换。
3）LRU算法：如果某一个页面被访问了，它很可能还要被访问；相反，如果它长时间不被访问，那么，在最近未来是不大可能被访问的。
4、程序代码#include<iostream>#include <cstdlib>#include <time.h>#include <cstdio>#define L 30///页面走向长度最大为30using namespace std;int M=4; ///内存块struct P///定义一个结构体{int num,time;}p[30];int Input(int m,P p[L])///打印页面走向状态{m=30;int i,j;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<<"页面走向: ";for(i=0; i<m; i++){p[i].num=rand( )%10;///产生1到10之间的随即数放到数组p中p[i].time=0;cout<<p[i].num<<" ";}cout<<endl;return m;}void print(P *page1)///打印当前的页面{P *page=new P[M];page=page1;for(int i=0; i<M; i++)cout<<page[i].num<<" ";cout<<endl;}int Search(int e,P *page1 )///寻找内存块中与e相同的块号{P *page=new P[M];page=page1;for(int i=0; i<M; i++)if(e==page[i].num)return i; ///返回i值return -1;}int Max(P *page1)///寻找最近最长未使用的页面用于OPT算法{P *page=new P[M];page=page1;int e=page[0].time,i=0;while(i<M) ///找出离现在时间最长的页面{if(e<page[i].time) e=page[i].time;i++;}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(P *page1,int i,int t,P p[L])///记录当前内存块中页面离下次使用间隔长度用于OPT算法{P *page=new P[M];page=page1;int count=0;for(int j=i; j<L; j++){if(page[t].num==p[j].num )break;///当前页面再次被访问时循环结束else count++;///否则count+1}return count;///返回count的值}int main(){int c=1;int m=0,t=0;float n=0;///缺页次数m=Input(m,p);///调用input函数，返回m值M=4;P *page=new P[M];///dowhile(c==1||c==2||c==3){int i=0;for(i=0; i<M; i++) ///初试化页面基本情况{page[i].num=0;page[i].time=m-1-i;}cout<<"1:FIFO页面置换"<<endl;cout<<"2:LRU页面置换"<<endl;cout<<"3:OPT页面置换"<<endl;cout<<"按其它键结束程序；"<<endl;cin>>c;if(c==1)///FIFO页面置换///FIFO();{n=0;cout<<" FIFO算法页面置换情况如下: "<<endl;cout<<endl;while(i<m){if(Search(p[i].num,page)>=0) ///当前页面在内存中{cout<<p[i].num<<" "; ///输出当前页p[i].numcout<<" "<<endl;i++; ///i加1}else ///当前页不在内存中{if(t==M)t=0;else{n++; ///缺页次数加1page[t].num=p[i].num; ///把当前页面放入内存中cout<<p[i].num<<" ";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<<" ="<<n/m<<endl;}if(c==2)///LRU页面置换,最近最久未使用{n=0;cout<<" LRU算法页面置换情况如下: "<<endl;cout<<endl;while(i<m){int a;t=Search(p[i].num,page);if(t>=0)///如果已在内存块中{page[t].time=0;///把与它相同的内存块的时间置0for(a=0; a<M; a++)if(a!=t)page[a].time++;///其它的时间加1cout<<p[i].num<<" ";cout<<"不缺页"<<endl;}else ///如果不在内存块中{n++; ///缺页次数加1t=Max(page); ///返回最近最久未使用的块号赋值给tpage[t].num=p[i].num; ///进行替换page[t].time=0; ///替换后时间置为0cout<<p[i].num<<" ";print(page);for(a=0; a<M; a++)if(a!=t)page[a].time++; ///其它的时间加1}i++;}cout<<"缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n<<"/"<<m<<" = "<<n/m<<endl;}if(c==3)///OPT页面置换{n=0;cout<<" OPT算法置换情况如下:"<<endl;cout<<endl;while(i<m){if(Search(p[i].num,page)>=0)///如果已在内存块中{cout<<p[i].num<<" ";cout<<" "<<endl;i++;}else///如果不在内存块中{int a=0;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[q].num=p[i].num;///把缺页换过来n++; ///缺页次数加一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if(temp<Count(page,i,t,p)){temp=Count(page,i,t,p);s=t;}///把找到的块号赋给spage[s].num=p[i].num;n++;cout<<p[i].num<<" ";print(page);i++;}}}cout<<"缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n<<"/"<<m<<" = "<<n/m<<endl;}}///while(c==1||c==2||c==3);return 0;}5、心得体会通过该实验，是我对虚拟内存更加了解，对最佳置换算法、先进先出算法、最近最久算法更加了解。
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。
伪lru替换算法 -回复
伪lru替换算法-回复什么是伪LRU替换算法？LRU（Least Recently Used）是一种经典的页面置换算法，用于操作系统和缓存系统中的页面替换。
伪LRU替换算法则是对LRU算法的一种近似实现，通过使用更少的额外存储和计算代价实现类似的效果。
在现代计算机系统中，内存空间的访问速度和处理器之间的通信速度差距很大。
为了缩小这种差距，计算机使用了内存高速缓存（Cache）来提升程序执行效率。
然而，缓存空间有限，当缓存中的数据已满时，需要选择一些数据替换出去，以便为新的数据腾出空间。
LRU算法是一种近似最佳的页面置换算法，它将最近最少使用的数据页替换出去。
LRU算法根据页的使用历史来决定哪些页是最近最少使用的。
具体来说，每次访问一个页时，LRU算法将该页移动到最近使用的位置。
当需要替换页时，LRU算法选择最近最少使用的页进行替换。
然而，LRU算法需要对所有缓存页进行实时的访问顺序更新，这对于大规模缓存或多级缓存来说，需要很大的额外存储和计算代价。
为了解决这个问题，伪LRU替换算法被提出。
伪LRU算法通过使用更少的额外存储和计算代价，来近似LRU算法的效果。
它使用一棵二叉树来表示访问顺序，每个节点代表一个数据页。
二叉树的左子树表示最近访问的数据页，右子树表示最远访问的数据页。
根节点代表最近最近访问的数据页。
在每次访问数据页时，伪LRU算法通过改变二叉树的结构来更新访问顺序。
具体来说，伪LRU算法使用一个标志位来表示当前节点的LRU状态。
标志位为0表示其左子树是最近访问的，标志位为1表示其右子树是最近访问的。
在每次访问一个数据页时，伪LRU算法将该页所在的节点的标志位设为0，同时将其父节点及祖先节点的右兄弟节点的标志位设为1。
这样就可以通过标志位来追踪最近的访问顺序。
当需要替换数据页时，伪LRU算法选择标志位为1的叶子节点进行替换。
因为标志位为1的叶子节点表示最远的访问位置。
选择最远的访问位置进行替换，可以更好地近似LRU算法的效果。
操作系统-2-存储管理之LRU页面置换算法（LeetCode146）
操作系统-2-存储管理之LRU页⾯置换算法（LeetCode146）LRU缓存机制题⽬：运⽤你所掌握的数据结构，设计和实现⼀个 LRU (最近最少使⽤) 缓存机制。
它应该⽀持以下操作：获取数据 get 和写⼊数据 put 。
获取数据 get(key) - 如果密钥 (key) 存在于缓存中，则获取密钥的值（总是正数），否则返回 -1。
写⼊数据 put(key, value) - 如果密钥已经存在，则变更其数据值；如果密钥不存在，则插⼊该组「密钥/数据值」。
当缓存容量达到上限时，它应该在写⼊新数据之前删除最久未使⽤的数据值，从⽽为新的数据值留出空间。
⽰例： LRUCache cache = new LRUCache( 2 /* 缓存容量 */ ); cache.put(1, 1); cache.put(2, 2); cache.get(1); // 返回 1 cache.put(3, 3); // 该操作会使得密钥 2 作废 cache.get(2); // 返回 -1 (未找到) cache.put(4, 4); // 该操作会使得密钥 1 作废 cache.get(1); // 返回 -1 (未找到) cache.get(3); // 返回 3 cache.get(4); // 返回 4代码：1class LRUCache {23public LRUCache(int capacity) {45 }67public int get(int key) {89 }1011public void put(int key, int value) {1213 }14 }1516/**17 * Your LRUCache object will be instantiated and called as such:18 * LRUCache obj = new LRUCache(capacity);19 * int param_1 = obj.get(key);20 * obj.put(key,value);21*/LRU页⾯置换算法(最近最少使⽤算法) 原理： 选择最后⼀次访问时间距离当前时间最长的⼀页并淘汰之。
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实验报告三
——内存页面置换算法的设计
姓名：田玉祥
班级：计算机科学与技术专业一班
一、实验内容
·实现最近最久未使用（LRU）置换算法
二、实验目的
•LINUX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
一部分调入内存便可运行，还支持请求调页的存储管理方式。
•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特点，掌握请求页式存储管理的页面
置换算法。
三、实验题目
1. 最近最久未使用（LRU）置换算法原理就是：当需要淘汰某页
面时，选择当前一段时间内最久未使用过的页先淘汰，即淘汰距当前最远的上次使用的页。
•例如: 分配给该进程的页块数为3，一个20位长的页面访问序列为:12560,36536,56042,70435，
则缺页次数和缺页率按下图给出:
假定分配给该进程的页块数为3，页面访问序列长度为20。
本实验可以采用数组结构实现，首先随机产生页面序列，当发生请求调页时，若内存已满，则需要利用LRU算法，将当前一段时间内最久未使用过的页替换出去。
程序实现想法：
用一个数组a[n]来存放所有需要访问的页，用一个数组b[3]来存放页表，用数组c[3]来存放页表每一页的权值，就是最近最少使用的度，度越高则使用率越小，用n次循环，每次a[i]进行判断时先判断有没有空格，再判断a[i]是否已经在页表中，此时注意要将权值归1，若都没有这些情况，则用函数int MAX(int a,int b,int c) 找到权值最大的，进行替换，并将其他页的权值加1.
实验代码：
//LRU算法，最近最少使用的页替换算法
#include<iostream>
#include <string>
using namespace std ;
int MAX(int a,int b,int c) //赋值之后的权值中找到权值最大的，返回它的下标也就是最近最少使用的
{
int max = a ;
if(max<b)
{
max = b ;
if(max<c)
max = c ;
}
else
if(max<c)
max = c ;
if(a==max) //找到权值最大的数的下标
return 0 ;
else if(b==max)
return 1 ;
else if(c==max)
return 2 ;
}
int main()
{
// string k ; //k表示当前最近最少使用的页;
int i,j,n,l,m,p,q ; //j表示当前访问的页是否已经在访问,0表示没有发生缺页，1表示发生缺页
//q来表示页表是否有空格，即当前是否全部在使用，1表示全部在使用，0表示还有空格
string *b = new string [3] ; //存放页表
int *c = new int [3] ; //存放页表的权值
for(i=0;i<3;i++)
{
b[i] = " " ;
c[i] = 1 ;
}
cout<<"请输入要访问的页码页数："<<endl ;
cin >> n ;
string *a = new string [n] ; //存放所有要访问的页
cout<<"请输入"<<n<<" 个每一次要访问的页码页号："<<endl ;
for(i=0;i<n;i++)
cin>>a[i] ;
cout<<"页表访问过程如下，“1”表示发生缺页，“0”表示不发生缺页："<<endl ; for(i=0;i<n;i++)
{
j = 1 ;
q = 1 ; //表示页表没有空位，全被使用
for(l=0;l<3;l++)
if(a[i]==b[l])
{
j = 0 ;
c[l]=1 ; //将权值设为1
c[l-1]++;
c[l-2]++;
c[l+1]++;
c[l+2]++;
break ;
}
if(j==0) //如果需要访问的页正在被访问，即已经在页表，直接输出。
并将其权值设为1
{
for(l=0;l<3;l++)
cout<<b[l]<<" " ;
cout<<j<<endl ;
}
//如果访问的页发生缺页有两种情况
if(j==1) //第一种，页表有空闲帧
for(l=0;l<3;l++)
{
if(b[l]==" ")
{
b[l]=a[i] ;
c[l-1]++ ;
c[l-2]++ ;
for(p=0;p<3;p++)
cout<<b[p]<<" " ;
cout<<j<<endl ;
q = 0 ;
break ;
}
}
if(j==1&&q==1) //须要访问的页不在页表中
{
m = MAX(c[0],c[1],c[2]) ;
b[m]=a[i] ;
c[m]=1 ;
c[m-1]++;
c[m-2]++;
c[m+1]++;
c[m+2]++;
for(p=0;p<3;p++)
cout<<b[p]<<" " ;
cout<<j<<endl ;
}
}
system("pause") ;
return 0 ;
}
代码实现：
四、思考题：
•比较LRU和其他置换算法各自的优缺点，能够实现其他置换算法模拟设计，分析内存页面数的变化对各种置换算法命中率的影响。
答：内存页面数越多，命中率越高，因为所有页都使用后，发生缺页下次命中时有更多的页可以与当前需要的页进行比较，所以命中率较高。
LRU算法可以减少页错误率,较易理解.
最优算法页错误最低,且没有Belady异常,但是较难实现 FIFO算法容易理解和实现,但是页错误率较高
五、实验总结
通过本次实验明白了LRU算法的过程，通过编程得知LRU算法
发生缺页时的两种情况，第一种是页表有空闲的帧但是没有当前所需要的页，另外一种是没有空闲帧也没有当前所需要的页，要分两种情况，通知这还要再是不是发生缺页的大前提下，由于很难找到最近最少使用的那一页来替换，所以花了不少时间，我通过给每页表中的每一页赋权值的方法解决了找到那个最近最少使用的一页，这个方法很好，希望能在下次的实验中多家努力。