操作系统：几种页面置换算法

1）最优置换算法（OPT）（理想置换算法）

最佳置换法（OPT）：选择将来不再使用或在最远的将来才被访问的页调换出去（不便于实现）

　　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。
2）先进先出置换算法（FIFO）
　　最简单的页面置换算法是先入先出（FIFO）法。这种算法的实质是，总是选择在主存中停留时间最长（即最老）的一页置换，即先进入内存的页，先退出内存。理由是：最早调入内存的页，其不再被使用的可能性比刚调入内存的可能性大。建立一个FIFO队列，收容所有在内存中的页。被置换页面总是在队列头上进行。当一个页面被放入内存时，就把它插在队尾上。
这种算法只是在按线性顺序访问地址空间时才是理想的，否则效率不高。因为那些常被访问的页，往往在主存中也停留得最久，结果它们因变“老”而不得不被置换出去。
FIFO的另一个缺点是，它有一种异常现象，即在增加存储块的情况下，反而使缺页中断率增加了。当然，导致这种异常现象的页面走向实际上是很少见的。
3）最近最少使用（LRU）算法（时间）
　　FIFO算法和OPT算法之间的主要差别是，FIFO算法利用页面进入内存后的时间长短作为置换依据，而OPT算法的依据是将来使用页面的时间。如果以最近的过去作为不久将来的近似，那么就可以把过去最长一段时间里不曾被使用的页面置换掉。它的实质是，当需要置换一页时，选择在最近一段时间里最久没有使用过的页面予以置换。这种算法就称为最久未使用算法（LeastRecentlyUsed，LRU）。LRU算法是与每个页面最后使用的时间有关的。当必须置换一个页面时，LRU算法选择过去一段时间里最久未被使用的页面。

实现：（2种方法）

1）维护一个链表，最近刚刚使用的页面移到链表表头节点，那么任意时刻，链表表尾节点就都是最少使用的、

2）维护一个栈，将最近访问的页面放到栈顶，同时考察是否有相同的页面在栈内，有的话抽出，因此栈顶是最近使用的，栈底都是最少使用的。

4）最不常用（LFU）置换算法 (频率，计数器)

在采用最少使用置换算法时，应为在内存中的每个页面设置一个移位寄存器，用来记录该页面被访问的频率。该置换算法选择在之前时期使用最少的页面作为淘汰页。由于存储器具有较高的访问速度，例如100 ns，在1 ms时间内可能对某页面连续访问成千上万次，因此，通常不能直接利用计数器来记录某页被访问的次数，而是采用移位寄存器方式。每次访问某页时，便将该移位寄存器的最高位置1，再每隔一定时间(例如100 ns)右移一次。这样，在最近一段时间使用最少的页面将是最小的页。

LFU置换算法的页面访问图与LRU置换算法的访问图完全相同；或者说，利用这样一套硬件既可实现LRU算法，又可实现LFU算法。应该指出，LFU算法并不能真正反映出页面的使用情况，因为在每一时间间隔内，只是用寄存器的一位来记录页的使用情况，因此，访问一次和访问10 000次是等效的。

5）时钟页面置换算法（时间）是对LRU的近似，对FIFO的改进

需要使用到访问位。把各个页面组织成环形链表（类似于时钟面）。把指针指向最老的页面。

当发生一个缺页中断的时候。若它的访问位为0，则淘汰，指针下移，页面插入；若访问位为1，则把该位置0，指针下移，继续寻找，直到找到被淘汰的页面。

Clock算法和LRU算法缺页中断次数是相近的！Clock使用一个比特位来表示最近一段时间的访问情况。

当所有的访问位都为1的时候，Clock算法就退化为FIFO算法！！！

6）二次机会算法（时间）

利用页表项中的访问位和脏位。是对Clock算法的改进，用于减少将页面写回磁盘的IO次数。

既被访问，又被写的位具有两次机会！其他的情况下只有一次机会！

used dirty -------- used dirty

0 0 置换

0 1 0 0

1 0 0 0

1 1 0 1 此时两次机会

页面置换算法

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