6.3页面置换1.页面置换的发生时机如果增加多道程序运行,就会过度

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6.3页面置换1.页面置换的发生时机如果增加多道程序运行，就会过度

6.3页面置换1. 页面置换的发生时机如果增加多道程序运行，就会过度分配(over-allocating)内存。

例如运行6个进程，且每个进程有10页大小但事实上只使用其中的5页，那么就获得了更高的CPU利用率和吞吐量，且有10帧可作备用。

然而，每个进程有可能会突然试图使用其所有的10页，从而产生共60帧的总需求，而实际物理内存只有40帧可用。

再者，还需要考虑到内存不是仅用于保存程序的页面。

I/O 缓存也需使用大量的内存。

这种使用会增加内存分配算法的压力。

在I/O缓存和程序页面之间平衡内存的分配是个棘手问题。

有的系统为I/O 缓存分配了一定比例的内存，而另一些系统则允许用户进程和I/O 与系统竞争使用所有系统内存。

内存的过度分配会导致以下问题：当一个用户进程执行时，发生一个缺页中断。

此时操作系统会确定所需页在磁盘上的位置，但是却发现空闲帧列表上并没有空闲帧，所有内存都正在使用(见图6.8) 。

图6.8 需要页置换的情况这时操作系统会有若干选择。

它可以终止用户进程。

然而，按需调页是操作系统试图改善计算机系统的使用率和吞吐量的技术。

用户并不关心其进程是否运行在调页系统上：调页对用户而言应是透明的。

因此，这种选项并不是最佳选择。

操作系统也可以交换出一个进程，以释放其所有帧，并降低多道程序的级别。

这种选择在有些环境下是好的，但更为常用的解决方法是页面置换(page replacement)。

在进程运行过程中，如果发生缺页，而此时内存中又无空闲块时，为了保证进程能正常运行，需要从内存中调出一页程序或数据送到磁盘的对换区。

这个操作叫做页面置换。

决定将哪个页面调出必须根据页面置换算法(replacement policy)来确定。

目标一般是将那些以后不再被访问或在较长时间内不会再被访问的页调出。

置换算法通常会在局部性原理指导下依据历史统计数据进行预测。

2. 基本页置换页置换采用如下方法。

如果没有空闲帧，那么就查找当前未使用的帧，并将其释放。

操作系统-页面置换算法

操作系统-页面置换算法操作系统页面置换算法在操作系统中，页面置换算法是一项至关重要的技术，它主要用于管理内存中的页面，当内存空间不足时，决定哪些页面应该被替换出去，为新的页面腾出空间。

这一过程对于系统的性能和效率有着直接的影响。

想象一下，内存就像是一个有限大小的书架，而页面就像是一本本书。

当书架已经满了，但我们还想放入新的书时，就必须要把一些书拿出来，为新书腾出位置。

页面置换算法就是决定拿哪本书出来的规则。

常见的页面置换算法有多种，下面我们来详细了解一下。

首先是先进先出（FIFO）算法。

它的原理就像排队一样，先进入内存的页面先被替换出去。

这种算法实现起来比较简单，但可能会出现一种叫做“Belady 异常”的现象，即增加分配给进程的物理块数量时，反而可能会导致缺页率增加。

这是因为可能先进入的页面是经常被使用的，而后面进来的是不常使用的，这样就容易造成错误的替换。

接下来是最近最久未使用（LRU）算法。

它的思路是把最近一段时间内最久没有被使用的页面替换出去。

这种算法的性能通常比较好，因为它更能反映页面的实际使用情况。

但它的实现相对复杂，需要额外的硬件支持或者通过软件来模拟实现。

然后是最近未使用（NRU）算法。

这个算法会把页面分为四类：未被访问且未被修改、未被访问但已被修改、已被访问但未被修改、已被访问且已被修改。

然后根据这些分类来选择替换的页面。

它的优点是实现相对简单，但可能不如 LRU 算法那么精确。

还有一种叫做时钟（Clock）算法，也称为第二次机会算法。

它把所有的页面组成一个环形链表，通过一个指针来遍历。

当需要替换页面时，如果页面的访问位是 0 ，则直接替换；如果是 1 ，则将其访问位置为 0 ，然后指针继续移动，直到找到访问位为 0 的页面。

除了以上这些，还有最优（OPT）算法。

这是一种理想的算法，它会选择未来最长时间内不会被使用的页面进行替换。

但由于它需要预先知道未来的页面访问情况，所以在实际中是无法实现的，通常只是用来作为评估其他算法性能的标准。

(完整版)操作系统课后题答案

2．OS的作用可表现在哪几个方面？答：(1)OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口；(2)OS作为计算机系统资源的管理者；(3)OS实现了对计算机资源的抽象。

5．何谓脱机I/O和联机I/O？答：脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。

该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。

而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。

11．OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？答：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性。

20．试描述什么是微内核OS。

答：(1)足够小的内核;(2)基于客户/服务器模式;(3)应用机制与策略分离原理;(4)采用面向对象技术。

25．何谓微内核技术？在微内核中通常提供了哪些功能？答：把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次(即用户模式)中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核技术。

在微内核中通常提供了进程(线程)管理、低级存储器管理、中断和陷入处理等功能。

第二章进程管理2. 画出下面四条语句的前趋图:S1=a：=x+y; S2=b：=z+1; S3=c：=a – b；S4=w：=c+1;答：其前趋图为：7．试说明PCB 的作用，为什么说PCB 是进程存在的惟一标志？答：PCB 是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。

作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，成为能与其它进程并发执行的进程。

OS是根据PCB对并发执行的进程进行控制和管理的。

11．试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。

答：(1)就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源;(2)执行状态→就绪状态：时间片用完;(3)执行状态→阻塞状态：I/O请求;(4)阻塞状态→就绪状态：I/O完成.19．为什么要在OS 中引入线程？答：在操作系统中引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性，提高CPU的利用率。

页置换算法

页置换算法页面置换算法是操作系统中的一种重要算法，它负责管理计算机的内存使用情况。

在计算机的内存中，有限的空间需要动态的分配给不同的程序，因此我们需要一种好的策略来管理内存的使用情况。

页面置换算法是指当计算机中的内存空间不足时，操作系统通过选定一部分内存页并将其从内存中替换出去。

在这个过程中，系统需要确定哪些页面应该被保留在内存中，哪些应该被置换出去，以最大限度地利用计算机的内存资源。

最常见的页面置换算法包括FIFO(先进先出)算法、LRU(最近未使用)算法、OPT(最佳置换)算法等。

FIFO算法的思想非常简单，就是按照页面调入到内存的先后顺序，将最先调入的页面置换出去。

这种算法的优点是简单易实现，但是由于没有考虑页面使用的频率，因此可能会出现置换出来的页面又马上要被调入内存的情况，造成系统不断的置换，效率较低。

LRU算法则是根据页面最近一次被访问的时间来置换页面，即选择最久未被使用的页面进行置换。

由于考虑了页面的使用情况，LRU算法比FIFO算法更为优秀，但是实现上比FIFO要复杂一些。

OPT算法是一种理论上最优的页面置换算法，它可以在所有置换算法中取得最佳的性能，但是由于它需要提前知道程序页面访问顺序，因此在实际应用中难以实现。

除了上述几种页面置换算法外，还有一些改进算法如LFU(最近最少使用)算法和Clock算法等。

这些算法从不同角度出发，考虑不同的因素进行页面置换，因此在具体应用场景中，根据不同的需求和系统特性，可以选择最合适的置换算法。

总之，页面置换算法是操作系统中非常重要的一部分，它决定了计算机内存的使用效率和系统的性能表现。

因此，在选择页面置换算法时不仅要考虑算法的实现难度和性能，还需要结合具体系统特性和应用场景来综合考虑，以达到最优的效果。

操作系统第二版课后习题答案

操作系统第二版课后习题答案操作系统第二版课后习题答案操作系统是计算机科学中的重要领域，它负责管理计算机硬件和软件资源，为用户提供良好的使用体验。

在学习操作系统的过程中，课后习题是巩固和深化知识的重要方式。

本文将为大家提供操作系统第二版课后习题的答案，帮助读者更好地理解和掌握操作系统的知识。

第一章：引论1. 操作系统的主要功能包括进程管理、内存管理、文件系统管理和设备管理。

2. 进程是指正在执行的程序的实例。

进程控制块（PCB）是操作系统用来管理进程的数据结构，包含进程的状态、程序计数器、寄存器等信息。

3. 多道程序设计是指在内存中同时存放多个程序，通过时间片轮转等调度算法，使得多个程序交替执行。

4. 异步输入输出是指程序执行期间，可以进行输入输出操作，而不需要等待输入输出完成。

第二章：进程管理1. 进程调度的目标包括提高系统吞吐量、减少响应时间、提高公平性等。

2. 进程调度算法包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度、时间片轮转等。

3. 饥饿是指某个进程长时间得不到执行的情况，可以通过调整优先级或引入抢占机制来解决。

4. 死锁是指多个进程因为争夺资源而陷入无限等待的状态，可以通过资源预分配、避免环路等方式来避免死锁。

第三章：内存管理1. 内存管理的主要任务包括内存分配、内存保护、地址转换等。

2. 连续内存分配包括固定分区分配、可变分区分配和动态分区分配。

3. 分页和分段是常见的非连续内存分配方式，分页将进程的地址空间划分为固定大小的页，分段将进程的地址空间划分为逻辑段。

4. 页面置换算法包括最佳置换算法、先进先出（FIFO）算法、最近最久未使用（LRU）算法等。

第四章：文件系统管理1. 文件是操作系统中用来存储和组织数据的逻辑单位，可以是文本文件、图像文件、音频文件等。

2. 文件系统的主要功能包括文件的创建、删除、读取、写入等操作。

3. 文件系统的组织方式包括层次目录结构、索引结构、位图结构等。

页面置换常用的算法总结

页⾯置换常⽤的算法总结本⽂转载⾃：进程运⾏时，若其访问的页⾯不在内存⽽需将其调⼊，但内存已⽆空闲空间时，就需要从内存中调出⼀页程序或数据，送⼊磁盘的对换区。

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。

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。

访问页⾯70120304230321201701物理块1777222227物理块200004000物理块31133311缺页否√√ √√√√√√√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。

操作系统页面置换算法课程设计

操作系统课程设计报告书一、设计目的学习计算机软件技术，特别是计算机操作系统技术，除了需要刻苦努力外，还需要掌握软件和操作系统的原理与设计技巧。

本设计木的是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。

二、设计任务1、通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。

指令的地址按下述原则生成：50%的指令是顺序执行的；25%的指令是均匀分布在前地址部分；25%的指令是均匀分布在地址部分。

2、将指令序列换成为页地址流。

3、计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。

（1）先进先出的算法（FIFO）；（2）最近最少使用算法（LRU）；（3）最近最不经常使用算法（NUR）；三、设计内容与步骤分页存储管理将一个进程的逻辑地址空间分成若干大小相等的片，称为页面或页。

1、调页策略1)何时调入页面2)请求调页策略2、从何处调入页面(1) 系统拥有足够的对换区空间，这时可以全部从对换区调入所需页面，以提高调页速度。

为此，在进程运行前，便须将与该进程有关的文件，从文件区拷贝到对换区。

(2) 系统缺少足够的对换区空间，这时凡是不会被修改的文件，都直接从文件区调入；而当换出这些页面时，由于它们未被修改而不必再将它们换出时，以后需要时，再从对换区调入。

(3) UNIX方式。

由于与进程有关的文件都放在文件区，故凡是未运行过的页面，都从文件区调入。

而对于曾经运行过但又被换出的页面，由于被放在对换区，因此在下次时，应从对换区调入。

由于UNIX系统允许页面共享，因此，某进程所请求的页面有可能已被其它进程调入内存，此时也就无须再从对换区调入。

3、页面调入过程四、页面置换算法在进程运行过程中，若其所要访问的页面不在内存而需把它们调入内存，但内存已无空闲空间时，为了保证该进程能正常运行，系统必须从内存中调出一页程序或数据，送磁盘的对换区中。

但应将哪个页面调出，须根据一定的算法来确定。

计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)

计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)第四版计算机操作系统课后答案第一章1. 操作系统的定义操作系统是一种软件，它管理着计算机系统的硬件和软件资源，并为用户和应用程序提供接口，以方便他们的使用。

2. 操作系统的功能操作系统具有以下功能：- 进程管理：负责创建、执行和终止进程，并管理它们的资源分配。

- 存储管理：管理计算机系统的内存资源，包括内存分配、虚拟内存和页面置换等。

- 文件系统管理：管理计算机系统中的文件和文件夹，包括文件的存储、读写和保护等。

- 设备管理：负责管理计算机系统中的各种设备，如打印机、键盘和鼠标等。

- 用户接口：提供用户与计算机系统进行交互的接口，如命令行界面和图形用户界面。

3. 操作系统的类型操作系统可以分为以下类型：- 批处理操作系统：按照一系列预先定义的指令集来运行任务。

- 分时操作系统：多个用户可以同时使用计算机系统。

- 实时操作系统：对任务的响应时间要求非常高，用于控制系统和嵌入式系统。

- 网络操作系统：支持多台计算机之间的通信和资源共享。

- 分布式操作系统：在多台计算机上分布式地管理和调度任务。

第二章1. 进程与线程的区别进程是计算机系统中正在运行的程序实例，而线程是进程内的一个执行单元。

进程拥有独立的地址空间和资源，而线程共享进程的地址空间和资源。

多个线程可以在同一进程内并发执行，从而提高系统的效率和资源利用率。

2. 进程的状态转换进程可以处于以下状态：- 创建状态：进程正在被创建。

- 就绪状态：进程准备好执行，等待分配CPU资源。

- 运行状态：进程占用CPU资源执行。

- 阻塞状态：进程等待某种事件发生。

- 终止状态：进程完成执行或被终止。

3. 进程调度算法操作系统使用进程调度算法来决定哪个进程应该被执行。

常见的调度算法有：- 先来先服务（FCFS）调度算法：按照进程到达的顺序进行调度。

- 最短作业优先（SJF）调度算法：选择运行时间最短的进程进行调度。

页面置换算法原理

页面置换算法原理
页面置换算法是计算机中一种重要的内存管理策略，其作用是帮
助计算机更好地管理内存资源，提高系统运行效率。

页面置换算法的
设计原理是基于计算机内存分页的概念，将内存按照大小固定的块进
行划分，每个块称为一页，每一页具有唯一的标识符。

当系统需要加
载一个进程时，会将该进程的所有页加载到内存中，这些页所占用的
内存空间称为物理内存。

然而，物理内存有限，当要加载的进程的页
数大于内存可用的页数时，就需要采取一些策略来选择哪些页要保留
在内存中，哪些页应该被置换出去，以腾出内存空间给新的页。

页面置换算法的基本思想是，根据页面的使用情况和重要性，对
页面进行排序和选择，从而实现更加有效地利用内存资源。

常见的页
面置换算法包括FIFO(先进先出)、LRU(最近最少使用)、LFU(最少使用)等。

这些算法的选择基于系统性能和负载的不同需求。

FIFO算法是最简单的页面置换算法之一，它以最先进入内存的页
面为第一个置换出去的页面。

但是，由于它不能考虑页面的使用情况，导致一些重要的页面被置换出去，影响了系统运行效率。

LRU算法是一种更加智能的页面置换算法，它基于历史信息来预测页面将来的使用
情况，选择最近最少使用的页面进行置换。

LFU算法则是根据页面使用频率进行置换，降低了进程的错误率，提高了系统的性能。

总之，页面置换算法在计算机内存管理中扮演着重要的角色，对
于计算机系统的稳定性和性能起到了至关重要的作用。

了解不同的页
面置换算法的原理和特点，有助于优化系统性能和内存使用效率，提高计算机的运行速度和响应能力。

虚拟存储的工作原理

虚拟存储的工作原理
虚拟存储是一种计算机系统中的内存管理技术，它允许程序直接使用磁盘空间作为虚拟内存的扩展。

虚拟存储的工作原理如下：
1. 虚拟内存划分：操作系统将物理内存和磁盘空间分成固定大小的块，称为页面（Page）。

每个页面可以映射到内存或磁盘上的特定位置。

操作系统还将虚拟内存划分为等大小的虚拟页（Virtual Page）。

2. 页面置换：当系统运行程序需要更多内存资源时，如果物理内存已满，操作系统会根据一定的置换算法，选择一些页面从内存中置换到磁盘上。

被置换的页面暂时存储在磁盘的交换空间中。

3. 地址转换：程序中的指令和数据使用虚拟地址进行访问，这些虚拟地址被映射到物理地址上。

在每次访问内存时，硬件上的内存管理单元（MMU）会将虚拟地址转换为物理地址。

4. 页面错误处理：当程序访问的页面在物理内存中不存在时，就会发生页面错误（Page Fault）。

操作系统会根据页面错误的原因，将相应的页面从磁盘加载到内存中，并更新页表，使得虚拟地址可以正确映射到物理地址。

5. 页面置换策略：常见的页面置换策略包括最佳置换算法（OPT），先进先出算法（FIFO），最近最久未使用算法（LRU）等。

这些算法根据页面的使用情况，选择最适合置换
的页面，以尽量减少页面错误次数。

通过这种虚拟存储的工作原理，系统可以在较小的物理内存容量下运行更大的程序，提高了计算机系统的资源利用率和运行效率。

操作系统学习笔记（五）页面置换算法

操作系统学习笔记（五）页⾯置换算法操作系统将内存按照页的进⾏管理，在需要的时候才把进程相应的部分调⼊内存。

当产⽣缺页中断时，需要选择⼀个页⾯写⼊。

如果要换出的页⾯在内存中被修改过，变成了“脏”页⾯，那就需要先写会到磁盘。

页⾯置换算法，就是要选出最合适的⼀个页⾯，使得置换的效率最⾼。

页⾯置换算法有很多，简单介绍⼏个，重点介绍⽐较重要的LRU及其实现算法。

⼀、最优页⾯置换算法最理想的状态下，我们给页⾯做个标记，挑选⼀个最远才会被再次⽤到的页⾯。

当然，这样的算法不可能实现，因为不确定⼀个页⾯在何时会被⽤到。

⼆、最近未使⽤页⾯置换算法（NRU）系统为每⼀个页⾯设置两个标志位：当页⾯被访问时设置R位，当页⾯（修改）被写⼊时设置M位。

当发⽣缺页中断时，OS检查所有的页⾯，并根据它们当前的R和M位的值，分为四类：（1）！R&！M（2）！R&M（3）R&！M（4）R&M编号越⼩的类，越被优先换出。

即在最近的⼀个时钟滴答内，淘汰⼀个没有被访问但是已经被修改的页⾯，⽐淘汰⼀个被频繁使⽤但是“clean”的页⾯要好。

三、先进先出页⾯置换算法（FIFO）及其改进这种算法的思想和队列是⼀样的，OS维护⼀个当前在内存中的所有页⾯的链表，最新进⼊的页⾯在尾部，最久的在头部，每当发⽣缺页中断，就替换掉表头的页⾯并且把新调⼊的页⾯加⼊到链表末尾。

这个算法的问题，显然是太过于“公正了”，没有考虑到实际的页⾯使⽤频率。

⼀种合理的改进，称为第⼆次机会算法。

即给每个页⾯增加⼀个R位，每次先从链表头开始查找，如果R置位，清除R位并且把该页⾯节点放到链表结尾；如果R是0，那么就是⼜⽼⼜没⽤到，替换掉。

四、时钟页⾯置换算法（clock）这种算法只是模型像时钟，其实就是⼀个环形链表的第⼆次机会算法，表针指向最⽼的页⾯。

缺页中断时，执⾏相同的操作，包括检查R位等。

五、最近最少使⽤页⾯置换算法（LRU）缺页中断发⽣时，置换未使⽤时间最长的页⾯，称为LRU（least recently used）。

页面置换的名词解释

页面置换的名词解释页面置换指的是操作系统中一种内存管理技术，其主要目的是根据内存中的页面使用情况，动态地将内存中的某些页面替换出去，以便腾出空闲的内存空间给其他需要的页面使用。

页面指的是被划分为固定大小的块的内存空间，通常为4KB或者8KB。

在计算机系统中，程序在执行的过程中，会将需要的数据或指令加载到内存中进行处理。

然而，由于内存容量有限，无法一次性将所有程序所需的页面全部加载到内存中。

当程序需要页面而内存空间不足时，操作系统就会采用页面置换的技术，将原本在内存中的某些页面替换出去，给需要的页面腾出空间。

页面置换的目标是使得内存中的页面尽量是那些将来要使用到的页面，以提高程序的运行效率。

常见的页面置换算法有FIFO（先进先出）、最不常用（Least Frequently Used）、最近最少使用（Least Recently Used）等。

FIFO算法是最简单的置换算法，根据页面进入内存的先后顺序来进行替换。

当内存空间不足时，将最早进入内存的页面替换出去。

最不常用算法则是根据页面在一段时间内被访问的频率进行替换。

具体来说，每次页面被访问时，都会将该页面的访问频率加一，当内存空间不足时，选择访问频率最低的页面进行替换。

最近最少使用算法是根据页面最近一次被访问的时间来进行替换。

系统会为每个页面维护一个计时器，记录上次访问的时间。

当需要替换页面时，选择一个最久未被访问的页面进行替换。

这些页面置换算法都有各自的特点和适用场景。

FIFO算法简单且容易实现，但容易产生“抢占”现象；最不常用算法采用了频率统计的方式，可以较好地预测页面的使用情况；最近最少使用算法则更注重于页面的时间局部性。

然而，这些页面置换算法都存在着一定的问题。

例如，FIFO算法没有考虑页面的使用频率；最不常用算法也可能在短时间内无法完全准确地确定页面的使用频率；最近最少使用算法则需要维护精确的访问时间戳，带来了额外的开销。

为了解决这些问题，研究者们还提出了更加复杂的页面置换算法，如二次机会算法、clock算法、工作集算法等。

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。

页面置换算法讲义

页面置换算法首先了解页面置换算法：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，操作系统必须在内存中选择一个页面将其移除内存，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、分类：最佳置换算法（OPT）：所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的，或者是最长时间内不被访问的页面，这样可以保证获得最低的缺页率。

先进先出算法（FIFO）：优先淘汰最早进入的页面，也就是在内存中停留时间最长的页面。

最近最久未使用算法（LRU）：选择最近最长时间未被访问过的页面进行淘汰。

最少使用（LFU）置换算法、工作集算法、NRU算法等2、真题解析：①某虚拟存储系统采用最近最少使用（LRU）页面淘汰算法。

假定系统为每个作业分配三个页面的主存空间，其中一个页面用来存放程序。

现在某作业的部分语句如下。

Var A:Array[1..128,1..128] OF integer;i,j:integer;FOR i:=1 to 128 DOFOR j:=1 to 128 DOA[i,j]:=0;设每个页面可存放128个整数变量，变量i、j放在程序页中，矩阵A按行序存放。

初始时，程序及变量i、j已在内存，其余两页为空。

在上面程序片段执行过程中，共产生____次缺页中断。

最后留在内存中的是矩阵A的最后_______。

解析：系统为每个作业分配三个页面的主存控件，其中一个存放程序，另外两个存放的是：二位数组A[128，,128]共128行，128列，所以每行都有128个整型变量。

因为矩阵A按行序排列，又因为一个页面可以存放128个整数变量，所以一个页面存放矩阵A中的一行，两个页面存放矩阵A中的两行。

其用最近最少使用页面淘汰算法（淘汰最久未被访问的页面，如1、2行先进入页面，当第三行进入页面的时候，第一行相对于第二行就是最久未被访问的页面，所以淘汰第一行，第三行进入主存）如下分析行数 1 2 3 4 5 ... (128)页面一 1 1 3 3 5 ... ...页面二 2 2 4 4 ... ...缺页（*）* * * * * * * * ————————————128次缺页由以上分析可知，最后留在内存中的是矩阵A的最后两行，因为是一行一行的进入的，而且内存中允许两个页面存在，再有前5行进入主存的规律分析，所以是最后两行127行和128行。

页面置换算法大题

页面置换算法大题
页面置换算法是操作系统中的一种调度算法，用于解决内存管理中的问题。

它可以将内存中的页面（也就是存储单元）与外存中的页面进行交换，以实现内存空间的有效管理。

常见的页面置换算法有以下几种：
1. 先进先出（FIFO）算法：按照页面进入内存的先后顺序进
行置换，先进入内存的页面将先被置换出去。

这种算法简单直观，但是容易出现Belady异常，即页面置换频率增加导致缺
页率上升的现象。

2. 最近最久未使用（LRU）算法：根据页面最近的使用情况进行置换，最近使用过的页面会被保留在内存中，而最久未使用过的页面将会被置换出去。

这种算法相对较为复杂，需要记录每个页面最近的使用时间，并进行相应的计算。

3. 最不经常使用（LFU）算法：根据页面使用的频率进行置换，使用频率最低的页面将被置换出去。

该算法需要记录每个页面的使用次数并进行相应的计算。

4. 时钟（Clock）算法：通过维护一个类似于时钟的循环链表
结构，当需要进行页面置换时，顺时针遍历链表，找到一个未被访问过的页面进行置换。

这种算法相对简单，适合于硬件实现。

5. 最佳置换（OPT）算法：根据未来一段时间内每个页面的访
问情况进行置换，选择未来最久才会被访问的页面进行置换。

这种算法需要对未来一段时间内的页面访问情况进行预测，因此比较困难。

每种页面置换算法都有其优势和局限性，选择合适的页面置换算法需要根据具体的应用场景和需求来进行权衡和选择。

操作系统第4章存储管理习题

1、某虚拟存储器的用户空间共有32个页面，每页1KB，主存16KB. 假定某时刻为用户的第0，1，2，3页分别分配的物理块号为5，10，4，7，试将虚拟地址0A5C和093C变换为物理地址.a.将0A5C变换为2进制为: 0000,1010,0101,1100,由于页面大小为1KB约为2的10次方，所以0A5C的页号为2，对应的物理块号为:4,所以虚拟地址0A5C的物理地址为125C; b.将093C变换为2进制为: 0000,1001,0011,1100，页号也为2，对应的物理块号也为4，此时虚拟地址093C的物理地址为113C.2、在一个请求分页系统中，采用LRU页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为4，3，2，1，4，3，5，4，3，2，1，5，当分配给该作业的物理块数M分别为3和4时，试计算访问过程中所发生的缺页次数和缺页率?比较所得结果?答案：a.当分配给该作业的物理块数M为3时，所发生的缺页率为7，缺页率为: 7/12=0.583；b. 当分配给该作业的物理块数M为4时，所发生的缺页率为4，缺页率为: 4/12=0.333.3、什么是抖动? 产生抖动的原因是什么?a. 抖动(Thrashing)就是指当内存中已无空闲空间而又发生缺页中断时，需要从内存中调出一页程序或数据送磁盘的对换区中，如果算法不适当，刚被换出的页很快被访问，需重新调入，因此需再选一页调出，而此时被换出的页很快又要被访问，因而又需将它调入，如此频繁更换页面，以致花费大量的时间，我们称这种现象为"抖动";b. 产生抖动的原因是由于CPU的利用率和多道程序度的对立统一矛盾关系引起的，为了提高CPU利用率，可提高多道程序度，但单纯提高多道程序度又会造成缺页率的急剧上升，导致CPU的利用率下降，而系统的调度程序又会为了提高CPU利用率而继续提高多道程序度，形成恶性循环，我们称这时的进程是处于"抖动"状态.【例1】可变分区存储管理系统中，若采用最佳适应分配算法，“空闲区表”中的空闲区可按（A ）顺序排列A、长度递增B、长度递减C、地址递增D、地址递减分析：最佳适应算法要求每次都分配给用户进程能够满足其要求的空闲区中最小的空闲区，所以为了提高算法效率，我们把所有的空闲区，按其大小以递增的顺序形成一空闲分区链这样，第一个找到的满足要求的空闲区，必然是符合要求中最小的所以本题的答案是A【例2】虚拟存储技术是（B ）A、扩充主存物理空间技术B、扩充主存逻辑地址空间技术C、扩充外存空间的技术D、扩充输入/输出缓冲区技术分析：所谓虚拟存储器，是指仅把作业的一部分装入内存便可运行作业的存储器系统具体地说，所谓虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统实际上，用户所看到的大容量只是一种感觉，是虚的，故称之为虚拟存储器虚拟存储技术是一种性能非常优越的存储器管理技术、故被广泛地应用于大、中、小型机器和微型机中所以本题的答案是B【例3】很好地解决了“零头”问题的存储管理方法是（A ）A、分页存储管理方式B、分段存储管理方式C、多重分区管理D、可变式分区管理分析：“零头”也就是内存碎片，是指内存中无法被利用的小空闲区在有些内存管理方式下，系统运行一段时间后，内存的碎片会占据相当的数量的空间分段存储管理方式、多重分区管理、可变式分区管理都会因为内存分配回收产生“零头”，而分页存储管理方式，按事先划分好的内存块为单位分配回收内存，所以不会产生“零头”所以本题的答案是A【例4】系统“抖动”现象的发生是由（B ）引起的A、交换的信息量过大B、置换算法选择不当C、内存容量不足D、请求分页管理方案分析：“抖动”现象是指刚被换出的页很快又要被访问，为此，又要换出其他页，而该页又很快被访问，如此频繁地置换页面，以致大部分时间都花在页面置换上交换的信息量过大，内存容量不足都不是引起系统“抖动”现象的原因，而选择的置换算法不当才是引起“抖动”现象的根本原因，例如，先进先出算法就可能产生“抖动”现象所以本题的答案是B【例5】虚拟存储管理系统的基础是程序的（C）理论A、全局性B、虚拟性C、局部性D、动态性分析：虚拟存储技术是基于程序的局部性原理的，程序的局部性原理体现在两个方面：时间局部性和空间局部性时间局部性是指一条指令被执行后，那么它可能很快会再次被执行，空间局部性是指若某一存储单元被访问，那么与该存储单元相邻的单元可能也会很快被访问所以本题的答案是C【例6】简述页和段的区别答：分页和分段有许多相似之处，但是在概念上两者完全不通，主要表现在：①页是信息的物理单位，分页是为了系统管理内存的方便而进行的，故对用户而言，分页是不可见的，是透明的；段是信息的逻辑单位，分段是作业逻辑上的要求，对用户而言，分段是可见的②页的大小是固定的，由系统决定；段的大小是不固定的，由用户作业本身决定③从用户角度看，分页的地址空间是一维的，而段的地址空间是二维的【例7】内存保护是否可以完全由软件来实现？为什么？答：内存保护的主要任务是确保每道程序都只在自己的内存内运行这就要求系统能对每条指令所访问的地址进行越界检查若发生越界，系统应能立即发现，并发出越界中断请求，以终止该指令若每次检查完全用软件来实现，则每执行一条指令，都要增加若干条指令去执行越界的检查功能，这无疑将降低程序的执行速度，因此，越界检查通常由硬件实现，并使指令的执行与越界检查功能并行执行，从而不使程序的运行速度降低当然，对发现有越界后的处理需要与软件配合来完成因此说内存保护功能是由硬件和软件共同完成的【例8】用可变分区方式管理主存时，假定主存中按地址顺序依次有五个空闲区，空闲区的大小为32K，10K，5K，228K，100K现有五个作业J1，J2，J3，J4和J5它们各需主存11K，10K，108K，28K，115K若采用首次适应分配算法能把这五个作业按J1～J5的次序全部装入主存吗？你认为按怎样的次序装入这五个作业可时主存空间的利用率最高？答：最先适应分配算法能把这五个作业按J1～J5的次序全部装入主存时，J1、J2分割第一个空闲区，剩11K；J3、J4分割第四个空闲区，剩92K；J5无法装入，所以用最先适应分配算法不能把这五个作业按J1～J5的次序全部装入主存如果先装入J3，装入第四个空闲区，剩余空间120K；再装入J5，装入第四个空闲区，剩余空间5K；再装入J4，装入第一个空闲区，剩余4K；再装入J1，J1装入第五个空闲区，剩余空间104K；再装入J2，装入第二个空闲区，这样效率最好【例9】简述什么是覆盖？什么是交换？覆盖和交换的区别是什么？答：所谓覆盖，是指同一主存区可以被不同的程序段重复使用通常一个作业由若干个功能上相互独立的程序段组成，作业在一次运行时，也只用到其中的几段，利用这样一个事实，我们就可以让那些不会同时执行的程序段共用同一个主存区所谓交换，就是系统根据需要把主存中暂时不运行的某个(或某些)作业部分或全部移到外存，而把外存中的某个(或某些)作业移到相应的主存区，并使其投入运行覆盖技术要求程序员必须把一个程序划分成不同的程序段，并规定好它们的执行和覆盖顺序，操作系统根据程序员提供的覆盖结构来完成程序之间的覆盖覆盖主要在同一个作业或同一个进程内进行；而交换主要是在进程或作业之间进行另外，覆盖只能覆盖那些与覆盖程序段无关的程序段【例10】对一个将页表放在内存中的分页系统：（1）如果访问内存需要0.2μs，有效访问时间为多少？（2）如果增加一个快表，且假定在快表中找到页表项的几率高达90％，则有效访问时间又是多少（假定查找快报需花的时间为0）？分析：每次访问数据时，若不使用快表，则需要两次访问内存，即先从内存的页表中读出页对应的块号，然后再根据形成的物理地址去存取数据；使用快表时，若能从快表中直接找到对应的页表项，则可立即形成物理地址去访问相应的数据，否则，仍需两次访问内存答：（1）有效访问时间为：2×0.2=0.4μs（2）有效访问时间为：0.9×0.2+（1－0.9）×2×0.2=0.22μs【例11】某系统采用分页存储管理方式，拥有逻辑空间32页，每页2K，拥有物理空间1M（1）写出逻辑地址的格式（2）若不考虑访问权限等，进程的页表项有多少项？每项至少有多少位？（3）如果物理空间减少一半，页表结构应相应作怎样的改变？答：该系统拥有逻辑空间32页，故逻辑地址中页号必须用5位来描述；而每页为2k，因此，页内地址必须用11位来描述，这样可得到它的逻辑地址格式如下：15 11 10 0（2）每个进程最多有32个页面，因此，进程的页表项最多为32项；若不考虑访问权限等，则页表项中只需给出页所对应的物理块号，1M的物理空间可分成29个物理块，故每个页表项至少有9位（3）如果物理空间减少一半，则页表中页表项数仍不变，但每项的长度可减少1位【例12】在分页存储管理系统中，逻辑地址的长度为16位，页面大小为4096字节，现有一逻辑地址为2F6AH，且第0、1、2页依次存放在物理块5、10、11中，问相应的物理地址是多少？分析：在分页存储管理系统中进行地址转换时，地址变换机构将自动把逻辑地址转化为页号和页内地址，如果页号不小于页表长度，则产生越界中断；否则便以页号为索引去检索页表，从中得到对应的块号，并把块号和页内位移分别送入物理地址寄存器的块号和块内位移字段中，形成物理地址答：由题目所给条件可知，分页存储管理系统的逻辑地址结构为： 15 12 11 0页号页内位移逻辑地址2F6AH的二进制表示如下： 0010 111101101010 页号页内位移由此可知逻辑地址2F6AH的页号为2，小于页表长度3，没有越界，该页存放在第11个物理块中，用十六进制表示块号为B，所以物理地址为BF6AH【例13】什么是虚拟存储器？如何实现分页虚拟存储管理系统？答：所谓虚拟存储器，是指仅把作业的一部分装入内存便可运行作业的存储器系统具体地说，所谓虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统要实现分页虚拟存储管理系统，首先要扩充页表，扩充后的页表是在原来页表的基础上发展起来的，包括以下内容：页号、物理块号、状态位、访问位、修改位、外存地址其中状态位表示该页是否已经调入内存；访问位表示该页在内存期间是否被访问过；修改位表示该页在内存中是否被修改过，若未被修改，则在置换该页时就不需将该页写回到外存，以减少系统的开销和启动磁盘的次数；若已被修改，则在置换该页时必须把该页写回到外存，以保证外存中所保留的始终是最新副本；外存地址用于指出该页在外存上的地址，通常是物理块号，供调入该页时使用另外，还要使用两项关键技术：请求调页技术和页面置换技术【例14】在分页虚拟存储管理系统中，为什么说一条指令执行期间可能产生多次缺页中断？答：因分页虚拟管理方式中，只要作业的部分页在内存，该作业就能执行，而在执行过程中发现所要访问的指令或者数据不在内存时，则产生缺页中断，将所需的页面调入内存在分页虚拟存储管理系统中，一条指令（如Copy A to B ）可能跨了两个页，而其中要访问的操作数可能也跨了两个页当要执行这类指令，而相应的页都不在内存时，就将产生多次缺页中断（如Copy A to B可能产生6次缺页中断）【例15】在分页虚拟存储管理系统中，假定系统为某进程分配了四个主存块（将开始4页先装入主存），页的引用顺序为：7，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，7，0，1，若采用FIFO调度算法、LRU调度算法时分别产生多少次缺页中断？依次淘汰的页分是什么？答：按照先进先出算法的原则：当发生缺页中断时，将淘汰最先调入主存的页面：页号 7 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 7 0 主存块的情况 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 4 4 4 4 4 4 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 7 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 淘汰页 7 1 2 共发生了3次缺页中断，依次淘汰的页位7、1、2按照最近最少用算法的原则：当发生缺页中断时，后者则淘汰最近一段时面内最久没有被访问的页面页号 7 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 7 0 主存块的情况 7 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 7 0 1 7 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 7 2 2 7 1 2 2 3 0 4 2 2 0 3 2 0 0 0 7 1 1 2 3 0 4 4 4 0 3 淘汰页 7 1 4 发生了3次缺页中断，依次淘汰的页位7、1、4【例16】现有一分页虚拟存取管理系统，其页表保存在寄存器中若有一个可用的空页或被替换的页未被修改，则它处理一个缺页中断需要8ms如果被替换的页已被修改，则处理一个缺页中断需要20ms内存存取时间为1μs假定70％被替换的页被修改过，为保证有效存取时间不超过2μs，可接受的最大缺页率是多少？分析：因为页表放在寄存器里，所以访问页表的时间可以忽略不计则存取时间就包括内存存取时间和处理缺页中断的时间答：如果用P表示缺页率，则有效访问时间不超过2μs可表示为：(1-p)×1μs＋p×(0.7×20ms＋0.3×8ms＋1μs)≤2μs因此可计算出：p≤1/16400≈0.000062．下列（A ）存储方式不能实现虚拟存储器A、分区B、页式C、段式D、段页式3．操作系统处理缺页中断时，选择一种好的调度算法对主存和辅存中的信息进行高效调度尽可能地避免（D ）A、碎片B、CPU空闲C、多重中断D、抖动4．分页式存储管理的主要特点是（C ）A、要求处理缺页中断B、要求扩充主存容量C、不要求作业装入到主存的连续区域D、不要求作业全部同时装人主存5．LRU页面调度算法淘汰（B ）的页A、最近最少使用B、最近最久未使用C、最先进入主存D、将来最久使用6．虚拟存储器实际容量受（B ）限制A、物理主存的大小B、计算机的地址结构C、磁盘容量D、数据存放的绝对地址7．分区管理要求对每一个作业都分配（A）的主存单元A、地址连续B、若干地址不连续的C、若干连续的页D、若干不连续的帧8．页面置换算法中（A ）不是基于程序执行的局部性理论A、先进先出调度算法B、LRUC、LFUD、最近最不常用调度算法9．在存储管理中，采用覆盖与交换技术的目的是（A）A、节省主存空间B、物理上扩充主存容量C、提高CPU的效率D、实现主存共享10．分页虚拟存储管理中，缺页中断时，欲调度一页进入主存中，内存己无空闲块，如何决定淘汰已在主存的块时，（B ）的选择是很重要的A、地址变换B、页面调度算法C、对换方式D、覆盖技术11．动态重定位技术依赖于（B ）A、重定位装入程序B、重定位寄存器C、地址结构D、目标程序12．（D）存储管理兼顾了段式在逻辑上清晰和页式在存储管理上方便的优点A、分段B、分页C、可变分区方式D、段页式13．在可变分区存储管理中，某作业完成后要收回其主存空间，该空间可能与相邻空闲区合并，修改空闲区表使空闲区始址改变但空闲区数不变的是（C ）情况A、有上邻空闲区也有下邻空闲区B、有上邻空闲区但无下邻空闲区C、无上邻空闲区但有下邻空闲区D、无上邻空闲区且也无下邻空闲区14．可变分区管理中，首次适应分配算法可将空闲区表中的空闲区栏目按（A ）顺序排列A、地址递增B、长度递增C、地址递减D、长度递减15．在固定分区分配中，每个分区的大小是（C ）A、随作业长度变化B、相同C、可以不同但预先固定D、可以不同但根据作业长度固定16．存储管理主要管理的是（ C ）A、外存存储器用户区B、外存存储器系统区C、主存储器用户区D、主存储器系统区17．下述（B ）页面置换算法会产生Belady现象A、最佳置换算法B、先进先出算法C、LRU算法D、Clock算法18．作业执行中发生了缺页中断，经操作系统处理后，应让其执行（C ）指令A、被中断的前一条B、被中断的后一条C、被中断的D、启动时的第一条19可变分区方式常用的主存分配算法中，（A）总是找到能满足作业要求的最小空闲区分配A、最佳适应算法B、首次适应算法C、最坏适应算法D、循环首次适应算法20可变分区方式常用的主存分配算法中，（C）总是找到能满足作业要求的最大空闲区分配A、最佳适应算法B、首次适应算法C、最坏适应算法D、循环首次适应算法二、多项选择题1．不需硬件地址转换机构支撑的存储管理方式是（AD ）A、单用户连续方式B、可变分区方式C、页式和段式D、固定分区方式E、段页式2．可用上下界限寄存器实现存储保护的是（ACE ）存储管理A、分段B、段页式C、可变分区D、分页E、固定分区3．在下列存储器管理方案中，能实现虚拟存储的是（CD ）A、分区管理B、分页存储管理C、请求分页存储管理D、请求分段存储管理E、段页式存储管理4．在下列算法中，可用于页面置换算法的是（ABE ） A、先进先出算法 B、LRU算法C、优先级高者优先算法 D、时间片轮转法E、Clock算法三、填空题1．在存储器管理中，页是信息的物理单位，段是信息的逻辑单位页面大小由系统确定，段的大小由_用户作业本身确定2．将作业地址空间中的逻辑地址转换为主存中的物理地址的过程称为地址转换3．为了解决碎片问题，可采用一种方法，将内存中的所有作业进行移动，使原来分散的多个小分区拼接成一个大分区，这种方法称为紧凑4．覆盖技术的关键是提供正确的覆盖结构5．页表的作用是实现从页号到物理块号的映射6．程序执行的局部性原理体现在时间局部性和空间局部性两个方面7．在分页虚拟存储管理方式中，常采用的页面置换算法有：最佳置换算法，淘汰不再使用或最远的将来才使用的页；先进先出算法，选择淘汰在主存驻留时间最长的页；最近最少使用算法，选择淘汰离当前时刻最近的一段时间内使用得最少的页8．所谓虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统9、可变分区中为提高主存利用率，采用紧凑技术，但这样做花费处理器时间，增加系统开销11．段页式存储管理兼顾了段式在逻辑上清晰和页式存储管理上方便的优点．12．页面调度算法的选择是很重要的，如果选用了一个不合适调度算法就会出现这样的现象，刚被淘汰的页面又立即要用，把它调入，不久又被调出，调出不久又再次调入，如此反复，使调度时间非常频繁，以致大部分时间都花费在来回调度上，这种现象叫做抖动，又称颠簸13．页式存储管理中，进行存储分配时，以块为单位进行分配，采用不连续的分配办法，作业信息可以按页分散在主存不连续的主存块中。

操作系统中常见算法汇总

操作系统中常见算法汇总⼀、常见作业调度（⾼级调度）算法1、先来先服务调度算法（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(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(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。

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4.基于优先数调度算法(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。

⼆、常见进程调度（低级调度）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(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。

确定时间⽚长度要从进程数⽬、切换开销、系统效率和响应时间等多⽅⾯因素加以考虑。

如果时间⽚取值太⼩，将导致⼤多数进程/线程都不可能在⼀个时间⽚内运⾏完毕，就会频繁切换，开销显著增⼤，所以从系统效率来讲，时间⽚应该⼤些好；如果时间⽚长度较⼤，那么随着就绪队列中进程/线程数⽬的增加，轮转⼀次所耗费的总时间加长，即对每个进程/线程的响应速度放慢，甚⾄时间⽚⼤到让进程/线程⾜以完成其所有任务，时间⽚调度算法便退化为FCFS算法。

操作系统课后答案——第四章

第四章存储器管理1. 为什么要配置层次式存储器？这是因为：a.设置多个存储器可以使存储器两端的硬件能并行工作。

b.采用多级存储系统，特别是Cache技术，这是一种减轻存储器带宽对系统性能影响的最佳结构方案。

c.在微处理机内部设置各种缓冲存储器，以减轻对存储器存取的压力。

增加CPU中寄存器的数量，也可大大缓解对存储器的压力。

2. 可采用哪几种方式将程序装入内存？它们分别适用于何种场合？将程序装入内存可采用的方式有：绝对装入方式、重定位装入方式、动态运行时装入方式；绝对装入方式适用于单道程序环境中，重定位装入方式和动态运行时装入方式适用于多道程序环境中。

3. 何为静态链接？何谓装入时动态链接和运行时动态链接？a.静态链接是指在程序运行之前，先将各自目标模块及它们所需的库函数，链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开的链接方式。

b.装入时动态链接是指将用户源程序编译后所得到的一组目标模块，在装入内存时，采用边装入边链接的一种链接方式，即在装入一个目标模块时，若发生一个外部模块调用事件，将引起装入程序去找相应的外部目标模块，把它装入内存中，并修改目标模块中的相对地址。

c.运行时动态链接是将对某些模块的链接推迟到程序执行时才进行链接，也就是，在执行过程中，当发现一个被调用模块尚未装入内存时，立即由OS去找到该模块并将之装入内存，把它链接到调用者模块上。

4. 在进行程序链接时，应完成哪些工作?a.对相对地址进行修改b.变换外部调用符号6. 为什么要引入动态重定位?如何实现?a.程序在运行过程中经常要在内存中移动位置，为了保证这些被移动了的程序还能正常执行，必须对程序和数据的地址加以修改，即重定位。

引入重定位的目的就是为了满足程序的这种需要。

b.要在不影响指令执行速度的同时实现地址变换，必须有硬件地址变换机构的支持，即须在系统中增设一个重定位寄存器，用它来存放程序在内存中的起始地址。

程序在执行时，真正访问的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相加而形成的。

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。

页面置换算法大题

页面置换算法大题摘要：一、页面置换算法简介1.页面置换算法的概念2.页面置换算法的重要性二、页面置换算法分类1.最近最少使用（LRU）算法2.先进先出（FIFO）算法3.时钟（Clock）算法4.最近最不经常使用（LFU）算法三、各类页面置换算法的优缺点分析1.LRU 算法2.FIFO 算法3.Clock 算法4.LFU 算法四、实际应用中页面置换算法的选择1.根据应用场景选择2.结合系统需求选择3.考虑性能与成本的平衡正文：页面置换算法是在计算机内存管理中的一种技术，用于在内存中分配有限资源以满足不断变化的程序需求。

本文将介绍页面置换算法的相关知识，包括页面置换算法的概念、分类、优缺点分析以及在实际应用中的选择。

一、页面置换算法简介页面置换算法是一种在内存中进行页面调度的方式，用于在有限的内存空间中合理地存放不同程序的页面。

通过页面置换算法，可以有效地提高内存利用率，降低缺页中断次数，从而提高系统性能。

二、页面置换算法分类目前常用的页面置换算法主要有四种：最近最少使用（LRU）算法、先进先出（FIFO）算法、时钟（Clock）算法和最近最不经常使用（LFU）算法。

1.LRU 算法：根据页面最近一段时间内被访问的次数来选择需要替换的页面。

当需要为新页面腾出空间时，选择访问次数最少的页面进行替换。

2.FIFO 算法：按照页面进入内存的顺序进行置换，先进入内存的页面先被替换。

3.Clock 算法：模拟时钟指针，将页面分为几个相等的时间片，每次选择距离当前时间片最近的页面进行替换。

4.LFU 算法：根据页面访问次数来选择需要替换的页面，访问次数最多的页面优先被替换。

三、各类页面置换算法的优缺点分析不同类型的页面置换算法各有优缺点，具体选择需要根据实际应用场景和系统需求进行权衡。

1.LRU 算法：优点是可以有效地减小页面中断率，缺点是对页面访问历史记录的维护成本较高。

2.FIFO 算法：优点是实现简单，缺点是可能导致经常使用的页面被替换，降低系统性能。

6.3页面置换1.页面置换的发生时机如果增加多道程序运行,就会过度