页面置换算法(LRU算法)

LRU

  • LRU是一种页面置换算法,在对于内存中但是又不用的数据块,叫做LRU,操作系统会根据那些数据属于LRU而将其移出内存而腾出空间来加载另外的数据
  • LRU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剔除掉这就是LRU算法
  • 如果进程被调度,该进程需要使用的外存页(数据)不存在于数据块中,这个现象就叫做缺页。如果这个数据此时不在,就会将这个数据从加入到数据块首部
  • 数据块插入与剔除:每次有新数据到来时,会将其放入数据块首部,当数据每次被访问时,将这个数据插入数据块的首部如果数据块满了,每次新进的数据都会将数据块尾部的数据挤出数据块

为什么要使用LRU

  • 关于操作系统内存管理,如何节省利用容量不大的内存多的进程提供资源。而内存的虚拟存储管理是现在最通用,最成功的方式。在内存有限的情况下,扩展一部分外存作为虚拟内存,真正的内存只存储当前运行时所用到的信息,极大的扩充了内存的功能,极大提高计算机的并发度,虚拟页式存储管理,则是将进程所需空间划分为多个页面,内存中只存放当前所需页面,将其余页面放入外存的管理方式
  • 虚拟页式存储管理增加了进程所需的内存空间,却也带来了运行时间变长这一缺点,运行过程中,需要将外存中存放的信息和内存中已有的进行交换,由于外存的低速,影响了运行时间因此,应当采取尽量好的算法以减少读取外存的次数
  • 对于虚拟页式存储,内外存信息替换是以页面为单位进行的,当需要一个外存中的页面是 将它调入内存,同时为了保持原有空间大小,我们需要不断地剔除掉一些存页面。数据块大小有限,因此我们需要每次调用外存数据时,都能准确的命中。这时就需要一个较好的页面管理算法。

使用方法:

如下题
假如现在有一组进程:进程编号为1,2,3,4,5
虚拟页式存储管理的数据块大小为3(也就是这个页式存储区的大小,能放置3个页面)。
假如进程被调度顺序为3.4.2.1.4.5.3.4.5.1.2。
问:在该访问中发生的缺页次数是多少?
解法:
这里写图片描述

这里写图片描述
1. 开始时,数据块中为空,因此第一个进程被调度时,未命中缓存,此时发生缺页。然后将进程对应数据放入数据块中
2. 第二步调用进程4,此时数据块中也没有进程4数据,因此未命中数据块缓存,也发生缺页0
3. 同理,发生缺页,但是此时数据块已经存满了数据,下一步如果加入新数据,将会剔除掉数据块尾部的数据
4. 插入新进程的数据1,此时将队尾的数据剔除掉。当然这个数据1也未命中,发生缺页
5. 调用到数据4,此时数据4在数据块缓存中,所以没有发生缺页。然后将数据4重新插入到数据块的首部。
如下图:
这里写图片描述

以此类推;得到最后的结果,缺页次数为8次。

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