后台面试经典问题-手写LRU算法

LRU，Least Recently Used，最近最久未使用。常用于页面置换算法。是为虚拟页式存储管理服务的。

对于在内存中又不用的数据块，称为LRU，操作系统会根据哪些数据属于LRU而将其移出内存。

 

对于操作系统的内存管理，如何节省利用容量不大的内存为最多的进程提供资源，一直是研究的的热点。而内存的虚拟存储管理，是现在最通用最常见的方式--在内存有限的情况下，扩展一部分外存作为虚拟内存。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，其余页面放入外存的管理方式。对于页面置换算法来讲，当发生缺页中断时，都是要从内存中找到一个不需要的块换出去（对应物理内存的释放），然后将需要页面从磁盘的交换区中换进来（虚拟内存的分配）。

 

 

对于系统的所有文件I/O请求，操作系统都是通过page cache机制实现的，对于操作系统而言，磁盘文件都是由一系列的数据块顺序组成，数据块的大小随系统不同而不同，x86 linux系统下是4KB(一个标准页面大小)。内核在处理文件I/O请求时，首先到page cache中查找(page cache中的每一个数据块都设置了文件以及偏移信息)，如果未命中，则启动磁盘I/O，将磁盘文件中的数据块加载到page cache中的一个空闲块。之后再copy到用户缓冲区中。

 

LRU实现：map+双向链表

class LRUCache {
private:
    typedef list LI;
    typedef pair PII;
    typedef unordered_map HIPII;
    
    void touch(HIPII::iterator it) {
        int key = it->first;
        used.erase(it->second.second);
        used.push_front(key);
        it->second.second = used.begin();
    }
    
    HIPII cache;
    LI used;
    int _capacity;


public:
    LRUCache(int capacity) : _capacity(capacity) {}
    
    int get(int key) {
        auto it = cache.find(key);
        if (it == cache.end()) return -1;
        touch(it);
        return it->second.first;
    }
    
    void put(int key, int value) {
        auto it = cache.find(key);
        if (it != cache.end()) touch(it);
        else {
			if (cache.size() == _capacity) {
				cache.erase(used.back());
				used.pop_back();
			}
            used.push_front(key);
        }
        cache[key] = { value, used.begin() };
    }
    
};