在程序运行过程中,如果要访问的页面不在内存中,就发生缺页中断从而将该页调入内存中。此时如果内存已无空闲空间,系统必须从内存中调出一个页面到磁盘对换区中来腾出空间。
页面置换算法和缓存淘汰策略类似,可以将内存看成磁盘的缓存。在缓存系统中,缓存的大小有限,当有新的缓存到达时,需要淘汰一部分已经存在的缓存,这样才有空间存放新的缓存数据。
页面置换算法的主要目标是使页面置换频率最低(也可以说缺页率最低)。
- 最佳
OPT, Optimal replacement algorithm
所选择的被换出的页面将是最长时间内不再被访问,通常可以保证获得最低的缺页率。
是一种理论上的算法,因为无法知道一个页面多长时间不再被访问。
举例:一个系统为某进程分配了三个物理块,并有如下页面引用序列:
7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1
开始运行时,先将 7, 0, 1 三个页面装入内存。当进程要访问页面 2 时,产生缺页中断,会将页面 7 换出,因为页面 7 再次被访问的时间最长。
- 最近最久未使用
LRU, Least Recently Used
虽然无法知道将来要使用的页面情况,但是可以知道过去使用页面的情况。LRU 将最近最久未使用的页面换出。
为了实现 LRU,需要在内存中维护一个所有页面的链表。当一个页面被访问时,将这个页面移到链表表头。这样就能保证链表表尾的页面是最近最久未访问的。
因为每次访问都需要更新链表,因此这种方式实现的 LRU 代价很高。
4,7,0,7,1,0,1,2,1,2,6
3. 最近未使用
NRU, Not Recently Used
每个页面都有两个状态位:R 与 M,当页面被访问时设置页面的 R=1,当页面被修改时设置 M=1。其中 R 位会定时被清零。可以将页面分成以下四类:
- R=0,M=0
- R=0,M=1
- R=1,M=0
- R=1,M=1
当发生缺页中断时,NRU 算法随机地从类编号最小的非空类中挑选一个页面将它换出。
NRU 优先换出已经被修改的脏页面(R=0,M=1),而不是被频繁使用的干净页面(R=1,M=0)。
- 先进先出
FIFO, First In First Out
选择换出的页面是最先进入的页面。
该算法会将那些经常被访问的页面也被换出,从而使缺页率升高。
- 第二次机会算法
FIFO 算法可能会把经常使用的页面置换出去,为了避免这一问题,对该算法做一个简单的修改:
当页面被访问 (读或写) 时设置该页面的 R 位为 1。需要替换的时候,检查最老页面的 R 位。如果 R 位是 0,那么这个页面既老又没有被使用,可以立刻置换掉;如果是 1,就将 R 位清 0,并把该页面放到链表的尾端,修改它的装入时间使它就像刚装入的一样,然后继续从链表的头部开始搜索。
- 时钟
Clock
第二次机会算法需要在链表中移动页面,降低了效率。时钟算法使用环形链表将页面连接起来,再使用一个指针指向最老的页面。
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