lru置换算法
lru算法的原理和应用
LRU算法的原理和应用1. 什么是LRU算法LRU（Least Recently Used）算法是一种常见的缓存替换算法，用于解决缓存空间有限的情况下的数据替换问题。
LRU算法的基本原理是，当缓存空间满时，将最近最少使用的数据从缓存中淘汰出去，以便为新的数据腾出空间。
LRU算法是一种基于时间局部性的原理，认为在最近的过去使用频次较高的数据在将来的一段时间内仍然很可能会被再次使用到。
2. LRU算法的工作原理LRU算法通过维护一个有序的数据结构来实现对缓存中数据的替换。
当新的数据被访问时，LRU算法会根据数据的访问时间，将该数据移到数据结构的头部。
当缓存空间满时，LRU算法会将数据结构尾部的数据淘汰掉，以便为新的数据腾出空间。
3. LRU算法的应用场景LRU算法在很多场景下都有广泛的应用，以下是几个典型的应用场景：3.1 缓存系统在缓存系统中，LRU算法常被用于决定缓存中哪些数据要被保留，哪些要被淘汰掉。
当缓存空间不足时，LRU算法会淘汰近期未被访问的数据，从而保证缓存中始终保留着最常用的数据。
3.2 数据库管理在数据库管理中，LRU算法可以用来优化数据的查询效率。
通过将最常用的数据放入缓存中，可以减少对磁盘读取的次数，从而提高查询性能。
3.3 操作系统页面置换在操作系统中，LRU算法也被广泛应用于页面置换（Page Replacement）算法中。
在物理内存空间不足时，操作系统会将最近不常访问的页面从内存中置换到磁盘上，以便为新的页面腾出空间。
4. LRU算法的实现方式LRU算法的实现方式有多种，下面列举了两种常见的实现方式：4.1 基于链表一种常见的实现方式是使用双向链表来维护缓存中数据的访问顺序。
链表的头部表示最近访问的数据，尾部表示最久未访问的数据。
当新的数据被访问时，将其移动到链表头部。
当缓存满时，将链表尾部的数据删除。
4.2 基于哈希表和双链表另一种常见的实现方式是使用哈希表和双链表的组合。
【算法】页面置换算法FIFO、LRU和LFU的概述以及实现方式
【算法】页⾯置换算法FIFO、LRU和LFU的概述以及实现⽅式【算法】页⾯置换算法FIFO、LRU和LFU的概述以及实现⽅式页⾯置换算法，我们最常⽤的页⾯置换算法包括FIFO先来先服务，LRU最近最久未被使⽤，LFU最近最少被使⽤以及我们的时钟置换算法。
⼀、FIFO算法——先来先服务1、简述FIFO算法FIFO算法是我们⽐较简单的置换算法，就是先来先服务或者说是先进先出。
也就是说在进⾏页⾯置换的时候，最先来的那个会被最先置换出去。
先进⼊的指令先完成并引退，跟着才执⾏第⼆条指令。
2、FIFO算法的简单实现FIFO算法的简单实现：可以通过维护⼀个链表结构去存储当前调⼊的页⾯；将最先进⼊的页⾯维护在链表的最前，最后进⼊的页⾯维护在链表的最后；这样，当发⽣缺页中断时，需要进⾏置换的时候，淘汰表头的页⾯并将新调⼊的页⾯加到链表的尾部；当然除了链表以外我们还可以采⽤数组或者队列等来进⾏实现。
3、FIFO算法的特点（1）FIFO算法实现简单，易于理解易于编程。
FIFO算法实现简单，⽆须硬件⽀持，只需要⽤循环数组管理物理块即可。
（2）FIFO算法可能会出现Belady现象。
也就是在FIFO算法中，如果未分配够⼀个进程所要求的页⾯，有时就会出现分配的页⾯数增多，却也率反⽽增加Belady现象。
（3）FIFO算法可能会置换调重要的页⾯，其效率不⾼。
（4）在FIFO算法可能中会导致多次的页⾯置换。
当页⾯置换的时间⼤于所要操作的时间的时候，这时候其效率就会很低。
当其不停的进⾏页⾯置换的时候会出现⼤量的系统抖动现象。
⼆、LRU算法——最近最久未被使⽤1、简述LRU算法LRU算法是最近最久未被使⽤的⼀种置换算法。
也就是说LRU是向前查看。
在进⾏页⾯置换的时候，查找到当前最近最久未被使⽤的那个页⾯，将其剔除在内存中，并将新来的页⾯加载进来。
2、LRU算法的实现LRU的实现就相对于FIFO的实现复杂⼀点。
我们可以采⽤哈希映射和链表相结合。
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置换算法
LRU置换算法简介LRU（Least Recently Used）是一种常用的页面置换算法，用于解决操作系统中通过页面置换技术来处理页面不足的问题。
LRU算法会根据各个页面的访问情况，将最近最少使用的页面从内存中置换出去，以保证内存中存储的是最常使用的页面，提高系统性能和响应速度。
工作原理LRU置换算法的基本思想是根据页面的访问时间来决定页面的重要性。
最近被访问的页面应该是最重要的，而最近没有被访问过的页面应该是最不重要的。
算法维护一个页面访问的时间顺序链表，每次有新的页面访问被触发时，将该页面移动到链表的头部。
当需要置换页面时，直接从链表的尾部选择最长时间未被访问过的页面进行置换。
LRU算法的实现方法LRU算法可以使用多种数据结构来实现，其中最常用的是使用两个数据结构：哈希表和双向链表。
哈希表为了能够快速地查找页面是否在内存中，LRU算法使用哈希表来保存当前内存中的页面。
哈希表的键对应页面的标识符，值对应该页面在双向链表中的位置。
双向链表为了记录页面的访问顺序，LRU算法使用双向链表来保存当前内存中页面的顺序。
链表的头表示最近访问的页面，链表的尾表示最久未访问的页面。
每当一个页面被访问时，将其从链表中移动到头部。
LRU算法的实现步骤1.初始化一个空的哈希表和双向链表。
2.当有新的页面访问时，检查哈希表中是否存在该页面。
–如果存在，则将该页面从链表中移动到头部。
–如果不存在，则将该页面添加到哈希表和链表的头部。
3.如果内存已满，需要置换页面，则将链表的尾部页面移除，并从哈希表中删除对应的记录。
4.根据需要，可以把LRU算法的每个步骤定义为函数，方便调用和维护。
LRU算法的优缺点分析优点•LRU算法是一种相对简单且易于实现的页面置换算法。
•对于访问频次较高的页面，可以保持它们在内存中，提高系统的响应性能。
•比较适用于大多数具有局部性特征的应用场景。
缺点•在某些特殊情况下，LRU算法的性能可能会下降。
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。
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!。
使用矩阵实现LRU的页面置换算法
使用矩阵实现LRU的页面置换算法作者：杜雅丽来源：《物联网技术》2012年第08期摘要：操作系统的内存管理一直是计算机领域研究的一个重要方向。
文中分析了几种常用内存管理中的页面置换算法及其存在的问题，提出了LUR页面置换算法的操作系统内存管理中比较接近理想算法的一种页面置换算法，并阐述了使用矩阵方法实现该页面置换算法的原理。
关键词：页面置换；LRU；矩阵；内存管理中图分类号：TP316 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)08-0053-02Realization of LRU page-replacement algorithm using matrixDU Ya-li(College of Information Engineering, Longdong University, Qingyang 745000, China)Abstract: Memory management of operating system is a very important research direction in computer science field. In the paper, several widely-used page-replacement algorithms are introduced and their advantages/disadvantages are analyzed. The research indictaes that LRU page-replacement algorithm is very close to the ideal one in memory management of operating system. Based on this, the principle of matrix method, which is used to realize the LRU algorithms, is introduced and discussed in detail.Keywords: page replacement; LRU; matrix; memory management0 引言操作系统的内存管理一直是计算机领域研究的一个重要方向，而内存的虚存管理是存储管理的核心。
(lru)的页面置换算法
LRU页面置换算法：虚拟内存中的高效内存管理LRU（Least Recently Used）页面置换算法是一种常用的页面置换算法，用于在计算机操作系统中管理虚拟内存。
当内存空间不足时，操作系统需要选择一个页面进行置换，以释放空间。
LRU算法选择最近最久未使用的页面进行置换，以减少访问冲突和提高内存利用率。
以下是LRU页面置换算法的详细解释：1.定义：LRU算法将最近使用的页面保存在内存中，而将最久未使用的页面置换出去。
这样可以确保经常访问的页面能够在内存中随时可用，从而提高程序的执行效率。
2.数据结构：为了实现LRU算法，需要使用一个数据结构来记录页面访问的顺序。
通常使用一个双向链表来实现，其中链表的每个节点代表一个页面，并包含页面标识、页面帧号、链表指针等信息。
3.访问过程：当CPU需要访问一个页面时，首先检查该页面是否在内存中。
如果页面不在内存中，则发生缺页中断，操作系统需要将某个页面置换出去，以便为新页面腾出空间。
4.置换策略：LRU算法选择最久未使用的页面进行置换。
具体实现时，可以从链表的头部开始查找，找到最早加入链表且未被访问的页面作为置换对象。
如果存在多个这样的页面，则选择最早加入链表的页面进行置换。
5.更新策略：每次访问一个页面时，需要将该页面从链表中删除，并将其重新加入到链表的头部。
这样，最近访问的页面总是在链表的头部，而最久未使用的页面则在链表的尾部。
6.性能分析：LRU算法在大多数情况下能够提供较好的性能，因为经常访问的页面往往更容易引起缺页中断。
但是，对于一些特殊的应用程序，如递归程序或循环程序，LRU算法可能无法获得最佳性能。
在这种情况下，可能需要采用其他更复杂的页面置换算法，如最近最少使用（LFU）算法或工作集算法等。
总之，LRU页面置换算法是一种简单而有效的内存管理算法，能够提高内存利用率和程序执行效率。
在实际应用中，需要根据具体的应用场景和需求选择合适的页面置换算法。
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。
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页面置换算法实验c语言总结
LRU页面置换算法实验C语言总结1.引言在计算机科学中，页面置换算法是解决主存容量有限的情况下，如何有效地管理页面（或称为内存块）的一种重要方法。
L RU（L ea st Re ce nt ly Us e d）页面置换算法是其中一种经典的策略，通过淘汰最久未使用的页面来提高内存的利用率。
本文将总结使用C语言实现L RU页面置换算法的相关实验。
2.算法原理L R U页面置换算法的核心思想是：最近被访问的页面可能在未来继续被访问，而最久未被使用的页面可能在未来也不再被访问。
基于这一思想，L R U算法维护一个页面访问的时间顺序链表，每次发生页面置换时，选择链表头部（即最久未使用）的页面进行淘汰。
3.实验设计本次实验旨在使用C语言实现LR U页面置换算法，并通过模拟页面访问的过程来验证算法的正确性。
具体设计如下：3.1数据结构为了实现LR U算法，我们需要定义几个关键的数据结构：3.1.1页面节点结构t y pe de fs tr uc tP age{i n tp ag eI D;//页面I Ds t ru ct Pa ge*n ex t;//下一个节点指针s t ru ct Pa ge*p re v;//上一个节点指针}P ag e;3.1.2内存块结构t y pe de fs tr uc tM emo r y{i n tc ap ac it y;//内存块容量i n ts iz e;//当前存储的页面数量P a ge*h ea d;//内存块链表头指针P a ge*t ai l;//内存块链表尾指针}M em or y;3.2实验步骤本次实验主要包括以下几个步骤：3.2.1初始化内存块根据实际需求，设置内存块的容量，并初始化链表头指针和尾指针。
3.2.2页面置换每次发生页面访问时，检查访问的页面是否已经在内存块中。
如果在，将该页面移动到链表尾部；如果不在，执行页面置换。
3.2.3页面淘汰当内存块已满时，选择链表头部的页面进行淘汰，将新访问的页面加入链表尾部。
操作系统课程设计：lru页面置换算法
操作系统功能模拟设计实验题目： lru置换算法（C编写）学生姓名：计号学号： 1104032022专业：网络工程班级：11网络工程二班实验题目LRU页面调度算法处理缺页中断一、实验目的：了解和掌握寄存器分配和内存分配的有关技术二、实验内容（1）首先对LRU页面调度算法原理进行深刻的理解和掌握；（2）选择一种熟悉的编程语言来实现对一组访问序列进行内部的cache更新；（3）根据LRU页面调度算法算法的要求设计相应的数据结构，如：记录访问序列的数组、模拟内存cache的数组等等；（4）显示每个访问数进入cache的操作并显示出每次访问后内存中序列的状态。
三、实验环境Windows系统，c语言四、实验主要步骤（包括使用的数据结构的说明）1、初始化及使用数据结构开始的阶段，产生随机的访问序列，并用了结构体：struct page{int pageframe[10]; // 表示页表int flag; //标记是否有页面置换int length; //用来访问序列的长度int page_count; //页框的数目int page_serial[20]; //存取随机产生的访问序列组int count; //用来标识页框是否被装满int k; //用于记录访问页表的指针int pagetime[10]; //用来记录页框里面的数被访问的过后到再一次被访问所经历的的时间}p;并初始化这些量;void init(){ //初始化所有页表int i;p.flag=0;for(i=0;i<10;i++){p.pageframe[i]=-1;p.pagetime[i]=0;}for(i=0;i<20;i++){p.page_serial[i]=-1;}}2、LRU页面调度算法原理LRU页面调度算法是对要访问cache的访问序列进行更新的，当页表还是空的时候，进来要访问的页如果页表里面有的话，就对它的访问记录加一，如果也表里面没有切页表么有填满，就像页表里面添加。
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。
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。
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)目的和要求 (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 (10)7 参考文献 (10)8 附录：源程序清单 (10)1 需求分析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。
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。
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。
opt,fifo,lru算法例题置换次数
opt,fifo,lru算法例题置换次数以下是一个使用OPT、FIFO和LRU算法进行页面置换的例子：假设某程序的页面访问序列为1、2、3、4、5、2、3、1、2、3、4、5、1、2、3、4，并且开始执行时主存中没有页面，分配给该程序的物理块数是3。
1. 使用OPT（最佳置换算法）进行页面置换：第一次访问1，缺页，进入内存。
第二次访问2，缺页，进入内存。
第三次访问3，缺页，进入内存。
第四次访问4，缺页，进入内存。
第五次访问5，缺页，需要淘汰一个页面。
根据OPT算法，选择最长时间不会被访问的页面进行淘汰，即选择页面3进行淘汰。
第六次访问2，页面2在内存中，无需置换。
第七次访问3，页面3在内存中，无需置换。
第八次访问1，缺页，进入内存。
第九次访问2，页面2在内存中，无需置换。
第十次访问3，页面3在内存中，无需置换。
第十一次访问4，缺页，需要淘汰一个页面。
根据OPT算法，选择最长时间不会被访问的页面进行淘汰，即选择页面1进行淘汰。
第十二次访问5，缺页，需要淘汰一个页面。
根据OPT算法，选择最长时间不会被访问的页面进行淘汰，即选择页面4进行淘汰。
第十三次访问1，页面1在内存中，无需置换。
第十四次访问2，页面2在内存中，无需置换。
第十五次访问3，页面3在内存中，无需置换。
第十六次访问4，缺页，需要淘汰一个页面。
根据OPT算法，选择最长时间不会被访问的页面进行淘汰，即选择页面5进行淘汰。
总共进行了5次页面置换。
2. 使用FIFO（先进先出置换算法）进行页面置换：第一次访问1，缺页，进入内存。
第二次访问2，缺页，进入内存。
第三次访问3，缺页，进入内存。
第四次访问4，缺页，进入内存。
第五次访问5，缺页，需要淘汰一个页面。
根据FIFO算法，选择最早进入内存的页面进行淘汰，即选择页面3进行淘汰。
第六次访问2，页面2在内存中，无需置换。
第七次访问3，页面3在内存中，无需置换。
第八次访问1，缺页，进入内存。
第九次访问2，页面2在内存中，无需置换。
LRU
这是一种理想情况下的页面置换算法，但实际上是不可能实现的。该算法的基本思想是：发生缺页时，有些 页面在内存中，其中有一页将很快被访问（也包含紧接着的下一条指令的那页），而其他页面则可能要到10、 100或者1000条指令后才会被访问，每个页面都可以用在该页面首次被访问前所要执行的指令数进行标记。最佳 页面置换算法只是简单地规定：标记最大的页应该被置换。这个算法唯一的一个问题就是它无法实现。当缺页发 生时，操作系统无法知道各个页面下一次是在什么时候被访问。虽然这个算法不可能实现，但是最佳页面置换算 法可以用于对可实现算法的性能进行衡量比较。
R = Rn-1 Rn-2 Rn-3 … R2 R1 R0
图 2某进程具有 8个页面时的 LRU访问情况当进程访问某物理块时，要将相应寄存器的 R n -1位置成 1。 此时，定时信号将每隔一定时间(例如 100 ms)将寄存器右移一位。如果我们把 n位寄存器的数看做是一个整数， 那么，具有最小数值的寄存器所对应的页面，就是最近最久未使用的页面。图2示出了某进程在内存中具有 8个 页面，为每个内存页面配置一个 8位寄存器时的 LRU访问情况。这里，把 8个内存页面的序号分别定为 1～8。 由图可以看出，第 3个内存页面的 R值最小，当发生缺页时，首先将它置换出去。
简介
图 1 LRU页面置换算法最近最少使用算法（LRU）是大部分操作系统为最大化页面命中率而广泛采用的一种 页面置换算法。该算法的思路是，发生缺页中断时，选择未使用时间最长的页面置换出去。 从程序运行的原理 来看，最近最少使用算法是比较接近理想的一种页面置换算法，这种算法既充分利用了内存中页面调用的历史信 息，又正确反映了程序的局部问题。利用 LRU算法对上例进行页面置换的结果如图1所示。当进程第一次对页面 2进行访问时，由于页面 7是最近最久未被访问的，故将它置换出去。当进程第一次对页面 3进行访问时，第 1 页成为最近最久未使用的页，将它换出。由图1可以看出，前 5个时间的图像与最佳置换算法时的相同，但这并 非是必然的结果。因为，最佳置换算法是从“向后看”的观点出发的，即它是依据以后各页的使用情况；而 LRU 算法则是“向前看”的，即根据各页以前的使用情况来判断，而页面过去和未来的走向之间并无必然的联系。
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lru置换算法
LRU置换算法是一种常用的页面置换算法，它的全称是Least Recently Used，即最近最少使用算法。
它的核心思想是在内存中保留最近被访问过的页面，而淘汰掉最久未被访问的页面，以此来优化内存使用效率。
一、LRU置换算法的原理
1.1 页面置换算法概述
页面置换算法是操作系统中用于管理虚拟内存的重要机制。
当进程需要访问一个不在内存中的页面时，操作系统会将该页面从磁盘上读入内存，并将一个已经在内存中但暂时不需要使用的页面替换出去。
常见的页面置换算法有FIFO（First In First Out）、LRU（Least Recently Used）、LFU（Least Frequently Used）等。
1.2 LRU置换算法原理
LRU置换算法是一种基于时间局部性原理实现的页面置换算法。
它维护一个链表或队列，记录每个页表项最后一次被访问到的时间戳。
当
需要替换一页时，选择链表头部或队列首部对应的页表项进行替换。
由于时间局部性原理认为程序在短时间内对同一数据项进行多次访问
的概率较大，因此LRU置换算法选择被访问时间最早的页面进行替换，可以有效地利用程序的局部性原理，提高内存使用效率。
二、LRU置换算法实现方式
2.1 基于链表的LRU置换算法
基于链表的LRU置换算法是一种比较常见的实现方式。
它通过维护一个双向链表来记录每个页面最后一次被访问到的时间戳。
当需要替换
一页时，选择链表尾部对应的页表项进行替换。
具体实现方式如下：
（1）初始化一个双向链表，将所有页面按照访问时间戳从小到大插入链表尾部；
（2）当需要访问一个页面时，遍历整个链表，查找该页面对应的页表项；
（3）如果找到了该页表项，则将其从原位置删除，并插入到链表尾部；
（4）如果没有找到该页表项，则说明该页面不在内存中，需要将其从磁盘上读入内存，并插入到链表尾部；
（5）当需要替换一页时，选择链表头部对应的页表项进行替换。
2.2 基于哈希列表和双向链表的LRU置换算法
基于哈希列表和双向链表的LRU置换算法是一种更加高效的实现方式。
它通过维护一个哈希列表和一个双向链表来记录每个页面最后一次被
访问到的时间戳。
哈希列表用于快速查找每个页面对应的页表项，双
向链表用于维护页面的访问顺序。
具体实现方式如下：
（1）初始化一个哈希列表和一个双向链表；
（2）当需要访问一个页面时，先在哈希列表中查找该页面对应的页表项；
（3）如果找到了该页表项，则将其从原位置删除，并插入到链表尾部；
（4）如果没有找到该页表项，则说明该页面不在内存中，需要将其从
磁盘上读入内存，并插入到链表尾部和哈希列表中；
（5）当需要替换一页时，选择链表头部对应的页表项进行替换，并从哈希列表中删除。
三、LRU置换算法的优缺点及适用场景
3.1 优点
LRU置换算法能够有效地利用程序的局部性原理，提高内存使用效率。
3.2 缺点
LRU置换算法需要维护一个较大的数据结构来记录每个页面最后一次
被访问到的时间戳，因此在内存空间较小或者数据集较大时会导致性
能下降。
此外，在某些特定的场景下，LRU置换算法可能会出现“缓存污染”
的问题。
例如，当一个页面被频繁地访问时，它可能一直被保留在内
存中，导致其他页面无法进入内存，从而影响系统的整体性能。
3.3 适用场景
LRU置换算法适用于需要频繁访问同一数据集的场景，如数据库缓存、网络服务器等。
在这些场景下，LRU置换算法能够充分利用程序的局
部性原理，并且由于数据集通常较小，因此不会出现“缓存污染”的
问题。
四、总结
LRU置换算法是一种常用的页面置换算法，在操作系统中有着广泛的
应用。
它通过维护每个页面最后一次被访问到的时间戳来实现页面替换，并能够有效地利用程序的局部性原理，提高内存使用效率。
在实
际应用中，可以根据具体场景选择不同的实现方式，并注意避免“缓
存污染”的问题。