虚拟内存之页面置换算法

内存空间不够，OS将内存中暂时用不到的信息换出到外存。但页面的换入/出需要磁盘I/O，系统开销较大。页面置换算法要更少的缺页率。
一、最佳置换(OPT)-optimal
1.思想
每次选择淘汰以后永不使用、在最长时间内不再被访问的页面，以此保证最低的缺页率。
2.实现
如果有可用空闲内存块，缺页不必进行页面置换，直接调入内存即可。
如果没有可用空闲内存块，往右找最远的页面即是要被淘汰的页面，将其换出
2.计算
缺页中断次数=内存块数+页面置换次数
缺页率=缺页中断次数/总访问次数
3.特点
实现前提是操作系统会预先知道访问页面的序列，实际是无法实现的，是一种理想化算法。
二、先进先出置换算法(FIFO)
1.思想
每次选择淘汰早出最早进入内存的页面，以此保证最低的缺页率。
2.实现
按调入内存顺序将页面排成一个队列。
如果有可用空闲内存块，缺页不必进行页面置换，直接将其插入队列队尾即可。
如果没有可用空闲内存块，淘汰队头页面，将新调入页面插入队尾
3.特点
当为进程分配的物理块数增大时，缺页次数也会增加。
盲目淘汰最先进入的页面，而未考虑其访问次数，算法性能差。
三、最近最久未使用置换算法(LRU)-least recently used
1.思想
每次选择淘汰最近最久未使用的页面，以此保证最低的缺页率。
2.实现
为每个页面建一个页表项，并用访问字段记录该页面由上次被访问以来所经历的时间。
如果有可用空闲内存块，缺页不必进行页面置换，直接调入内存即可。
如果没有可用空闲内存块，淘汰页面中t值最大的页面，将其换出。(即往左找最远的页面即为要淘汰的页面)
3.特点
需要专门硬件支持，实现困难，开销大
四、时钟置换算法(CLOCK)
即最近未用算法(NRU, not recently used)
1.思想
每次选择淘汰最近未用的页面，以此保证最低的缺页率。
2.实现
为每个页面设置一个访问位，再将内存中页面通过指针链接成一个循环队列。被访问时访问位置为1。
按可用空闲内存块，将页面调入并链接成一个循环队列，访问位均是1.
如果没有可用空闲内存块，淘汰访问位为0的页面，将其换出；如果访问位都是1，将其置为0，暂不换出，开始第二轮扫描时，淘汰访问位为0的页面
3.特点
只考虑到页面最近是否被访问，未考虑淘汰页面的状态(是否被修改)进行置换
3.改进
优先淘汰未被访问未被修改过(0,0) ——> (0,1)的页面无需执行I/O操作写回外存。增加一个修改位，0-未被修改，1-已被修改。
用(访问位，修改位)表示各页面状态，进行置换。