虚拟存储管理中常用页面置换算法

虚拟存储管理中的页面置换算法是操作系统用于处理内存不足情况的一种策略，当物理内存不足以容纳所有活动进程的页表时，需要将不再当前访问的页面替换到磁盘上，以便为新近或频繁使用的页面腾出空间。以下是一些常见的页面置换算法：

1. **最久未使用（LRU, Least Recently Used）**：根据页面最近被访问的时间戳进行排序，最近最少使用的页面首先被替换。这是一种局部性假设较好的方法，因为如果一个页面被频繁访问，即使之前一段时间未用，也很可能很快再次被访问。

2. **最近最少使用（LFU, Least Frequently Used）**：不仅考虑最后一次访问时间，还记录每个页面的访问频率，频率低的页面优先淘汰。这种方法更复杂，需要额外的数据结构来跟踪访问频率。

3. **最佳（Optimal, First In First Out, FIFO）**：理想情况下，总是选择最早调入内存的页面。但在实际中，这是不可能实现的，因为它需要预测未来的页面访问模式。

4. **最不经常使用（NRU, Not Recently Used）**：结合了LRU和LFU的特点，同时考虑最近访问时间和使用频率。

5. **随机替换（Random）**：简单粗暴，随机选择一个页面进行替换，虽然不是最优，但实现简单，性能稳定。

6. **Clock置换算法**：一种改进的局部性预测算法，比如先淘汰最近一次换入后未使用的页面（Clock页面），然后是上次淘汰后访问过的页面。

每个算法都有其优缺点，选择哪种算法取决于系统的特定需求，如内存大小、处理器速度、程序的访问模式等。

相关问题

虚拟页式存储管理中常用页面置换算法的实现代码c语言

以下是常用页面置换算法的实现代码（C语言）：

1. 先进先出（FIFO）算法：

int fifo(int refStr[], int n, int frameSize) {
    int i, j, k, pgFaults = 0, inFrame = 0;
    int frame[frameSize];
    for (i = 0; i < frameSize; ++i) {
        frame[i] = -1; // -1表示页面为空
    }
    for (i = 0; i < n; ++i) {
        int pg = refStr[i];
        int inFrameFlag = 0;
        for (j = 0; j < frameSize; ++j) {
            if (pg == frame[j]) {
                inFrameFlag = 1;
                break;
            }
        }
        if (!inFrameFlag) {
            frame[inFrame] = pg;
            inFrame = (inFrame + 1) % frameSize;
            ++pgFaults;
        }
    }
    return pgFaults;
}

2. 最近最久未使用（LRU）算法：

int lru(int refStr[], int n, int frameSize) {
    int i, j, k, pgFaults = 0, inFrame = 0;
    int frame[frameSize];
    for (i = 0; i < frameSize; ++i) {
        frame[i] = -1; // -1表示页面为空
    }
    int lru[frameSize]; // 记录每个页面最近一次使用的时间
    for (i = 0; i < n; ++i) {
        int pg = refStr[i];
        int inFrameFlag = 0;
        for (j = 0; j < frameSize; ++j) {
            if (pg == frame[j]) {
                inFrameFlag = 1;
                lru[j] = i;
                break;
            }
        }
        if (!inFrameFlag) {
            int minLru = i;
            int minLruIndex = -1;
            for (j = 0; j < frameSize; ++j) {
                if (lru[j] < minLru) {
                    minLru = lru[j];
                    minLruIndex = j;
                }
            }
            frame[minLruIndex] = pg;
            lru[minLruIndex] = i;
            ++pgFaults;
        }
    }
    return pgFaults;
}

3. 最不经常使用（LFU）算法：

int lfu(int refStr[], int n, int frameSize) {
    int i, j, k, pgFaults = 0, inFrame = 0;
    int frame[frameSize];
    for (i = 0; i < frameSize; ++i) {
        frame[i] = -1; // -1表示页面为空
    }
    int freq[frameSize]; // 记录每个页面访问频率
    for (i = 0; i < n; ++i) {
        int pg = refStr[i];
        int inFrameFlag = 0;
        for (j = 0; j < frameSize; ++j) {
            if (pg == frame[j]) {
                inFrameFlag = 1;
                ++freq[j];
                break;
            }
        }
        if (!inFrameFlag) {
            int minFreq = INT_MAX;
            int minFreqIndex = -1;
            for (j = 0; j < frameSize; ++j) {
                if (freq[j] < minFreq) {
                    minFreq = freq[j];
                    minFreqIndex = j;
                }
            }
            frame[minFreqIndex] = pg;
            freq[minFreqIndex] = 1;
            ++pgFaults;
        }
    }
    return pgFaults;
}

这些算法的实现都是基于数组的方式，可以根据需要进行修改。

虚拟页式存储管理中常用页面置换算法的实现代码c++

以下是几种常用的页面置换算法的实现代码，包括FIFO、LRU、Clock和OPT：

FIFO：

#include <iostream>
#include <queue>
#include <unordered_set>
using namespace std;

int fifo(int pages[], int n, int frameSize) {
    queue<int> q;
    unordered_set<int> s;
    int pageFaults = 0;
    for(int i=0; i<n; i++) {
        if(s.find(pages[i]) == s.end()) {
            pageFaults++;
            if(q.size() == frameSize) {
                s.erase(q.front());
                q.pop();
            }
            q.push(pages[i]);
            s.insert(pages[i]);
        }
    }
    return pageFaults;
}

int main() {
    int pages[] = {1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5};
    int n = sizeof(pages)/sizeof(pages[0]);
    int frameSize = 3;
    cout<<"FIFO: "<<fifo(pages, n, frameSize)<<endl;
    return 0;
}

LRU：

#include <iostream>
#include <list>
#include <unordered_map>
using namespace std;

int lru(int pages[], int n, int frameSize) {
    list<int> l;
    unordered_map<int, list<int>::iterator> m;
    int pageFaults = 0;
    for(int i=0; i<n; i++) {
        if(m.find(pages[i]) == m.end()) {
            pageFaults++;
            if(l.size() == frameSize) {
                m.erase(l.back());
                l.pop_back();
            }
            l.push_front(pages[i]);
            m[pages[i]] = l.begin();
        } else {
            l.erase(m[pages[i]]);
            l.push_front(pages[i]);
            m[pages[i]] = l.begin();
        }
    }
    return pageFaults;
}

int main() {
    int pages[] = {1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5};
    int n = sizeof(pages)/sizeof(pages[0]);
    int frameSize = 3;
    cout<<"LRU: "<<lru(pages, n, frameSize)<<endl;
    return 0;
}

Clock：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <unordered_map>
using namespace std;

int clock(int pages[], int n, int frameSize) {
    vector<int> v(frameSize, -1);
    unordered_map<int, int> m;
    int pageFaults = 0;
    int hand = 0;
    for(int i=0; i<n; i++) {
        if(m.find(pages[i]) == m.end()) {
            pageFaults++;
            while(v[hand] != -1 && m[v[hand]] == 1) {
                m[v[hand]] = 0;
                hand = (hand+1)%frameSize;
            }
            if(v[hand] != -1) {
                m[v[hand]] = 0;
            }
            v[hand] = pages[i];
            m[pages[i]] = 1;
            hand = (hand+1)%frameSize;
        } else {
            m[pages[i]] = 1;
        }
    }
    return pageFaults;
}

int main() {
    int pages[] = {1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5};
    int n = sizeof(pages)/sizeof(pages[0]);
    int frameSize = 3;
    cout<<"Clock: "<<clock(pages, n, frameSize)<<endl;
    return 0;
}

OPT：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <unordered_map>
using namespace std;

int opt(int pages[], int n, int frameSize) {
    vector<int> v(frameSize, -1);
    unordered_map<int, int> m;
    int pageFaults = 0;
    for(int i=0; i<n; i++) {
        if(m.find(pages[i]) == m.end()) {
            pageFaults++;
            int idx = -1;
            for(int j=0; j<v.size(); j++) {
                if(m.find(v[j]) == m.end()) {
                    idx = j;
                    break;
                }
                int farthest = -1;
                for(int k=i+1; k<n; k++) {
                    if(pages[k] == v[j]) {
                        farthest = k;
                        break;
                    }
                }
                if(farthest == -1) {
                    idx = j;
                    break;
                }
                if(farthest > idx) {
                    idx = j;
                }
            }
            v[idx] = pages[i];
            m[pages[i]] = 1;
        }
    }
    return pageFaults;
}

int main() {
    int pages[] = {1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5};
    int n = sizeof(pages)/sizeof(pages[0]);
    int frameSize = 3;
    cout<<"OPT: "<<opt(pages, n, frameSize)<<endl;
    return 0;
}