lfu置換演算法

A. 操作系統課程設計，用C#實現內存頁面的置換。實現演算法間比較

頁面置換演算法

一．題目要求：

通過實現頁面置換演算法的FIFO和LRU兩種演算法，理解進程運行時系統是怎樣選擇換出頁面的，對於兩種不同的演算法各自的優缺點是哪些。

要求設計主界面以靈活選擇某演算法，且以下演算法都要實現 1) 最佳置換演算法(OPT)：將以後永不使用的或許是在最長(未來)時間內不再被訪問的頁面換出。

2) 先進先出演算法(FIFO)：淘汰最先進入內存的頁面，即選擇在內存中駐留時間最久的頁面予以淘汰。

3) 最近最久未使用演算法(LRU)：淘汰最近最久未被使用的頁面。 4) 最不經常使用演算法(LFU) 二．實驗目的：

1、用C語言編寫OPT、FIFO、LRU，LFU四種置換演算法。 2、熟悉內存分頁管理策略。 3、了解頁面置換的演算法。 4、掌握一般常用的調度演算法。 5、根據方案使演算法得以模擬實現。 6、鍛煉知識的運用能力和實踐能力。 三、設計要求

1、編寫演算法，實現頁面置換演算法FIFO、LRU；

2、針對內存地址引用串，運行頁面置換演算法進行頁面置換； 3、演算法所需的各種參數由輸入產生（手工輸入或者隨機數產生）； 4、輸出內存駐留的頁面集合，頁錯誤次數以及頁錯誤率；

四．相關知識：

1．虛擬存儲器的引入：

局部性原理：程序在執行時在一較短時間內僅限於某個部分；相應的，它所訪問的存儲空間也局限於某個區域，它主要表現在以下兩個方面：時間局限性和空間局限性。

2．虛擬存儲器的定義：

虛擬存儲器是只具有請求調入功能和置換功能，能從邏輯上對內存容量進行擴充的一種存儲器系統。

3．虛擬存儲器的實現方式：

分頁請求系統，它是在分頁系統的基礎上，增加了請求調頁功能、頁面置換功能所形成的頁面形式虛擬存儲系統。

請求分段系統，它是在分段系統的基礎上，增加了請求調段及分段置換功能後，所形成的段式虛擬存儲系統。

4．頁面分配：

平均分配演算法，是將系統中所有可供分配的物理塊，平均分配給各個進程。 按比例分配演算法，根據進程的大小按比例分配物理塊。

考慮優先的分配演算法，把內存中可供分配的所有物理塊分成兩部分：一部分按比例地分配給各進程；另一部分則根據個進程的優先權，適當的增加其相應份額後，分配給各進程。

5．頁面置換演算法：

常用的頁面置換演算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。 五、設計說明

1、採用數組頁面的頁號

2、FIFO演算法，選擇在內存中駐留時間最久的頁面予以淘汰；

分配n個物理塊給進程，運行時先把前n個不同頁面一起裝入內存，然後再從後面逐一比較，輸出頁面及頁錯誤數和頁錯誤率。

3、LRU演算法，根據頁面調入內存後的使用情況進行決策；

同樣分配n個物理塊給進程，前n個不同頁面一起裝入內存，後面步驟與前一演算法類似。

選擇置換演算法，先輸入所有頁面號，為系統分配物理塊，依次進行置換： 六．設計思想：

OPT基本思想：

是用一維數組page[pSIZE]存儲頁面號序列，memery[mSIZE]是存儲裝入物理塊中的頁面。數組next[mSIZE]記錄物理塊中對應頁面的最後訪問時間。每當發生缺頁時，就從物理塊中找出最後訪問時間最大的頁面，調出該頁，換入所缺的頁面。

FIFO基本思想：

是用隊列存儲內存中的頁面，隊列的特點是先進先出，與該演算法是一致的，所以每當發生缺頁時，就從隊頭刪除一頁，而從隊尾加入缺頁。或者藉助輔助數組time[mSIZE]記錄物理塊中對應頁面的進入時間，每次需要置換時換出進入時間最小的頁面。

LRU基本思想：

是用一維數組page[pSIZE]存儲頁面號序列，memery[mSIZE]是存儲裝入物理塊中的頁面。數組flag[10]標記頁面的訪問時間。每當使用頁面時，刷新訪問時間。發生缺頁時，就從物理塊中頁面標記最小的一頁，調出該頁，換入所缺的頁面。 七．流程圖：

如下頁所示

六．運行結果： 1. 按任意鍵進行初始化：

2. 載入數據：

3. 進入置換演算法選擇界面：

4.運算中延遲操作：

5.三種演算法演示結果：

B. 請分別給出三種不同的頁面置換演算法,並簡要說明他們的優缺點

[fifo.rar]
-
操作系統中內存頁面的先進先出的替換演算法fifo
[先進先出頁面演算法程序.rar]
-
分別實現最佳置換演算法(optimal)、先進先出(fifo)頁面置換演算法和最近最久未使用（LRU）置換演算法，並給出各演算法缺頁次數和缺頁率。
[0022.rar]
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模擬分頁式虛擬存儲管理中硬體的地址轉換和缺頁中斷，以及選擇頁面調度演算法處理缺頁中斷
[Change.rar]
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用java實現操作系統的頁面置換
其中包括
最佳置換演算法(Optimal)、先進先出演算法（First-in,
First-out）
、最近最久不用的頁面置換演算法（LeastRecently
Used
Replacement）三種演算法的實現
[M_Management.rar]
-
操作系統中內存管理頁面置換演算法的模擬程序，採用的是LRU置換演算法
[detail_of_44b0x_TCPIP.rar]
-
TCPIP
程序包載入到44b0x
的ADS1.2工程文件的說明書。說名了載入過程的細節和如何處理演示程序和代碼。演示代碼已經上傳，大家可以搜索
[.rar]
-
java操作系統頁面置換演算法：
（1）進先出的演算法（fifo）
（2）最近最少使用的演算法（LRU）
（3）最佳淘汰演算法(OPT)
（4）最少訪問頁面演算法(LFU)
（註：由本人改成改進型Clock演算法）
（5）最近最不經常使用演算法(NUR)

C. 頁面置換演算法的常見的置換演算法

最簡單的頁面置換演算法是先入先出（FIFO）法。這種演算法的實質是，總是選擇在主存中停留時間最長（即最老）的一頁置換，即先進入內存的頁，先退出內存。理由是：最早調入內存的頁，其不再被使用的可能性比剛調入內存的可能性大。建立一個FIFO隊列，收容所有在內存中的頁。被置換頁面總是在隊列頭上進行。當一個頁面被放入內存時，就把它插在隊尾上。
這種演算法只是在按線性順序訪問地址空間 時才是理想的，否則效率不高。因為那些常被訪問的頁，往往在主存中也停留得最久，結果它們因變「老」而不得不被置換出去。
FIFO的另一個缺點是，它有一種異常現象，即在增加存儲塊的情況下，反而使缺頁中斷率增加了。當然，導致這種異常現象的頁面走向實際上是很少見的。
FIFO演算法和OPT演算法之間的主要差別是，FIFO演算法利用頁面進入內存後的時間長短作為置換依據，而OPT演算法的依據是將來使用頁面的時間。如果以最近的過去作為不久將來的近似，那麼就可以把過去最長一段時間里不曾被使用的頁面置換掉。它的實質是，當需要置換一頁時，選擇在之前一段時間里最久沒有使用過的頁面予以置換。這種演算法就稱為最久未使用演算法（Least Recently Used，LRU）。
LRU演算法是與每個頁面最後使用的時間有關的。當必須置換一個頁面時，LRU演算法選擇過去一段時間里最久未被使用的頁面。
LRU演算法是經常採用的頁面置換演算法，並被認為是相當好的，但是存在如何實現它的問題。LRU演算法需要實際硬體的支持。其問題是怎麼確定最後使用時間的順序，對此有兩種可行的辦法：
1.計數器。最簡單的情況是使每個頁表項對應一個使用時間欄位，並給CPU增加一個邏輯時鍾或計數器。每次存儲訪問，該時鍾都加1。每當訪問一個頁面時，時鍾寄存器的內容就被復制到相應頁表項的使用時間欄位中。這樣我們就可以始終保留著每個頁面最後訪問的「時間」。在置換頁面時，選擇該時間值最小的頁面。這樣做， 不僅要查頁表，而且當頁表改變時（因CPU調度）要 維護這個頁表中的時間，還要考慮到時鍾值溢出的問題。
2.棧。用一個棧保留頁號。每當訪問一個頁面時，就把它從棧中取出放在棧頂上。這樣一來，棧頂總是放有目前使用最多的頁，而棧底放著目前最少使用的頁。由於要從棧的中間移走一項，所以要用具有頭尾指針的雙向鏈連起來。在最壞的情況下，移走一頁並把它放在棧頂上需要改動6個指針。每次修改都要有開銷，但需要置換哪個頁面卻可直接得到，用不著查找，因為尾指針指向棧底，其中有被置換頁。
因實現LRU演算法必須有大量硬體支持，還需要一定的軟體開銷。所以實際實現的都是一種簡單有效的LRU近似演算法。
一種LRU近似演算法是最近未使用演算法（Not Recently Used，NUR）。它在存儲分塊表的每一表項中增加一個引用位，操作系統定期地將它們置為0。當某一頁被訪問時，由硬體將該位置1。過一段時間後，通過檢查這些位可以確定哪些頁使用過，哪些頁自上次置0後還未使用過。就可把該位是0的頁淘汰出去，因為在之前最近一段時間里它未被訪問過。
4）Clock置換演算法（LRU演算法的近似實現）
5）最少使用（LFU）置換演算法
在採用最少使用置換演算法時，應為在內存中的每個頁面設置一個移位寄存器，用來記錄該頁面被訪問的頻率。該置換演算法選擇在之前時期使用最少的頁面作為淘汰頁。由於存儲器具有較高的訪問速度，例如100 ns，在1 ms時間內可能對某頁面連續訪 問成千上萬次，因此，通常不能直接利用計數器來記錄某頁被訪問的次數，而是採用移位寄存器方式。每次訪問某頁時，便將該移位寄存器的最高位置1，再每隔一定時間(例如100 ns)右移一次。這樣，在最近一段時間使用最少的頁面將是∑Ri最小的頁。
LFU置換演算法的頁面訪問圖與LRU置換演算法的訪問圖完全相同；或者說，利用這樣一套硬體既可實現LRU演算法，又可實現LFU演算法。應該指出，LFU演算法並不能真正反映出頁面的使用情況，因為在每一時間間隔內，只是用寄存器的一位來記錄頁的使用情況，因此，訪問一次和訪問10 000次是等效的。
6）工作集演算法
7）工作集時鍾演算法
8）老化演算法（非常類似LRU的有效演算法）
9）NRU(最近未使用）演算法
10）第二次機會演算法
第二次機會演算法的基本思想是與FIFO相同的，但是有所改進，避免把經常使用的頁面置換出去。當選擇置換頁面時，檢查它的訪問位。如果是 0，就淘汰這頁；如果訪問位是1，就給它第二次機會，並選擇下一個FIFO頁面。當一個頁面得到第二次機會時，它的訪問位就清為0，它的到達時間就置為當前時間。如果該頁在此期間被訪問過，則訪問位置1。這樣給了第二次機會的頁面將不被淘汰，直至所有其他頁面被淘汰過（或者也給了第二次機會）。因此，如果一個頁面經常使用，它的訪問位總保持為1，它就從來不會被淘汰出去。
第二次機會演算法可視為一個環形隊列。用一個指針指示哪一頁是下面要淘汰的。當需要一個 存儲塊時，指針就前進，直至找到訪問位是0的頁。隨著指針的前進，把訪問位就清為0。在最壞的情況下，所有的訪問位都是1，指針要通過整個隊列一周，每個頁都給第二次機會。這時就退化成FIFO演算法了。

D. 操作系統 頁式管理中的置換演算法 怎麼看缺頁

去年學過，現在記憶殘缺，盡量回答
FIFO演算法是先入先出演算法吧，首先是有三個頁面，所以一列只有三行
再者，根據先入先出的規則，後面讀取的串替代內存中進來時間最久的串，若當前讀取的串內存中已經有了，則內存中的頁面不變
缺頁就是沒有重復的頁面，即沒有重復的頁面共有10頁，就缺頁10次
LRU LFU就是看訪問串前面或者後面會不會有使用到，具體哪個我忘了，把FIFO看明白了你就曉得了
FIFO：
7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1
7 7 7 2 2 2 2 4 4 4 0 0 0 0 0 0 0
空0 0 0 0 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1
空空1 1 1 1 0 0 0 3 3 3 3 3 2 2 2
你的打錯了吧
PS:我上面說缺頁10頁是隨便舉的例子，題目中的缺頁數是12，缺頁不是很好計算的么，就是沒有內容重復的內存頁，數一下就知道了，還不知道就留言我吧