实验报告页面置换算法
1. 最佳页面置换算法的算法描述
当产生缺页中断时，利用相应的淘汰页面的算法选择需要淘汰的页面。
页面置换算法在淘汰页面时的算法：
输入：页面号引用串P1,P2...Pn；
输出：淘汰页面Pt
实现：
1、如果页框中的某个页面P以后永不使用，则该页面为淘汰页面Pt。
2、如果每个P都会再次被访问，那么其中最长未来时间内不再被访问的页面为淘汰页面Pt。
2. 求一个操作系统页面置换算法先进先出的实验报告
一选择
1.B 2.c 3。 D 4B 5B
二填空
1，最优；先进先出；最近最久未使用
2. 13；15；
3. 123456721；123567421
4.段；段；页；页；三；二
三，问答
1.答：三个页面的物理起始地址分别是：4k,6K,12K,
2500= 2K+452,所以在第二个逻辑页面6K的起始地址，实际地址是6K+452；
2.LRU：装入顺序：2 3 1 5 4 3 2
换出顺序： 3 1 2 4 缺页次数7次
FIFO：装入顺序：2 3 1 5 2 4 3 5 2
换出顺序： 2 3 1 5 2 4 缺页次数9次
时钟：装入顺序：2 3 1 5 2 4 3 2
换出顺序： 2 3 1 2 4 缺页次数8次
时钟算法性能处于中间，优于FiFo，差于LRU，但由于LRU算法的硬件实现比较麻烦，所以时钟算法问兼顾了效率和硬件实现
3. 操作系统页面置换算法：第二次机会算法是什么
第二次机会算法：
与FIFO、OPT、LRU、NRU等同为操作系统中请求分页式管理方式的页面置换算法。
第二次机会算法的基本思想是与FIFO相同的，但是有所改进，避免把经常使用的页面置换出去。当选择置换页面时，依然和FIFO一样，选择最早置入内存的页面。但是二次机会法还设置了一个访问状态位。所以还要检查页面的的访问位。如果是0，就淘汰这页；如果访问位是1，就给它第二次机会，并选择下一个FIFO页面。当一个页面得到第二次机会时，它的访问位就清为0，它的到达时间就置为当前时间。如果该页在此期间被访问过，则访问位置为1。这样给了第二次机会的页面将不被淘汰，直至所有其他页面被淘汰过（或者也给了第二次机会）。因此，如果一个页面经常使用，它的访问位总保持为1，它就从来不会被淘汰出去。
第二次机会算法可视为一个环形队列。用一个指针指示哪一页是下面要淘汰的。当需要一个存储块时，指针就前进，直至找到访问位是0的页。随着指针的前进，把访问位就清为0。在最坏的情况下，所有的访问位都是1，指针要通过整个队列一周，每个页都给第二次机会。这时就退化成FIFO算法了。
4. 计算机操作系统页面置换算法的问题
第二次机会算法：
与FIFO、OPT、LRU、NRU等同为操作系统中请求分页式管理方式的页面置换算法。
第二次机会算法的基本思想是与FIFO相同的，但是有所改进，避免把经常使用的页面置换出去。当选择置换页面时，依然和FIFO一样，选择最早置入内存的页面。但是二次机会法还设置了一个访问状态位。所以还要检查页面的的访问位。如果是0，就淘汰这页；如果访问位是1，就给它第二次机会，并选择下一个FIFO页面。当一个页面得到第二次机会时，它的访问位就清为0，它的到达时间就置为当前时间。如果该页在此期间被访问过，则访问位置为1。这样给了第二次机会的页面将不被淘汰，直至所有其他页面被淘汰过（或者也给了第二次机会）。因此，如果一个页面经常使用，它的访问位总保持为1，它就从来不会被淘汰出去。
5. 页面置换算法的介绍
在地址映射过程中，若在页面中发现所要访问的页面不在内存中，则产生缺页中断。当发生缺页中断时，如果操作系统内存中没有空闲页面，则操作系统必须在内存选择一个页面将其移出内存，以便为即将调入的页面让出空间。而用来选择淘汰哪一页的规则叫做页面置换算法。
6. 页面置换算法的常见的置换算法
最简单的页面置换算法是先入先出（FIFO）法。这种算法的实质是，总是选择在主存中停留时间最长（即最老）的一页置换，即先进入内存的页，先退出内存。理由是：最早调入内存的页，其不再被使用的可能性比刚调入内存的可能性大。建立一个FIFO队列，收容所有在内存中的页。被置换页面总是在队列头上进行。当一个页面被放入内存时，就把它插在队尾上。
这种算法只是在按线性顺序访问地址空间 时才是理想的，否则效率不高。因为那些常被访问的页，往往在主存中也停留得最久，结果它们因变“老”而不得不被置换出去。
FIFO的另一个缺点是，它有一种异常现象，即在增加存储块的情况下，反而使缺页中断率增加了。当然，导致这种异常现象的页面走向实际上是很少见的。
FIFO算法和OPT算法之间的主要差别是，FIFO算法利用页面进入内存后的时间长短作为置换依据，而OPT算法的依据是将来使用页面的时间。如果以最近的过去作为不久将来的近似，那么就可以把过去最长一段时间里不曾被使用的页面置换掉。它的实质是，当需要置换一页时，选择在之前一段时间里最久没有使用过的页面予以置换。这种算法就称为最久未使用算法（Least Recently Used，LRU）。
LRU算法是与每个页面最后使用的时间有关的。当必须置换一个页面时，LRU算法选择过去一段时间里最久未被使用的页面。
LRU算法是经常采用的页面置换算法，并被认为是相当好的，但是存在如何实现它的问题。LRU算法需要实际硬件的支持。其问题是怎么确定最后使用时间的顺序，对此有两种可行的办法：
1.计数器。最简单的情况是使每个页表项对应一个使用时间字段，并给CPU增加一个逻辑时钟或计数器。每次存储访问，该时钟都加1。每当访问一个页面时，时钟寄存器的内容就被复制到相应页表项的使用时间字段中。这样我们就可以始终保留着每个页面最后访问的“时间”。在置换页面时，选择该时间值最小的页面。这样做， 不仅要查页表，而且当页表改变时（因CPU调度）要 维护这个页表中的时间，还要考虑到时钟值溢出的问题。
2.栈。用一个栈保留页号。每当访问一个页面时，就把它从栈中取出放在栈顶上。这样一来，栈顶总是放有目前使用最多的页，而栈底放着目前最少使用的页。由于要从栈的中间移走一项，所以要用具有头尾指针的双向链连起来。在最坏的情况下，移走一页并把它放在栈顶上需要改动6个指针。每次修改都要有开销，但需要置换哪个页面却可直接得到，用不着查找，因为尾指针指向栈底，其中有被置换页。
因实现LRU算法必须有大量硬件支持，还需要一定的软件开销。所以实际实现的都是一种简单有效的LRU近似算法。
一种LRU近似算法是最近未使用算法（Not Recently Used，NUR）。它在存储分块表的每一表项中增加一个引用位，操作系统定期地将它们置为0。当某一页被访问时，由硬件将该位置1。过一段时间后，通过检查这些位可以确定哪些页使用过，哪些页自上次置0后还未使用过。就可把该位是0的页淘汰出去，因为在之前最近一段时间里它未被访问过。
4）Clock置换算法（LRU算法的近似实现）
5）最少使用（LFU）置换算法
在采用最少使用置换算法时，应为在内存中的每个页面设置一个移位寄存器，用来记录该页面被访问的频率。该置换算法选择在之前时期使用最少的页面作为淘汰页。由于存储器具有较高的访问速度，例如100 ns，在1 ms时间内可能对某页面连续访 问成千上万次，因此，通常不能直接利用计数器来记录某页被访问的次数，而是采用移位寄存器方式。每次访问某页时，便将该移位寄存器的最高位置1，再每隔一定时间(例如100 ns)右移一次。这样，在最近一段时间使用最少的页面将是∑Ri最小的页。
LFU置换算法的页面访问图与LRU置换算法的访问图完全相同；或者说，利用这样一套硬件既可实现LRU算法，又可实现LFU算法。应该指出，LFU算法并不能真正反映出页面的使用情况，因为在每一时间间隔内，只是用寄存器的一位来记录页的使用情况，因此，访问一次和访问10 000次是等效的。
6）工作集算法
7）工作集时钟算法
8）老化算法（非常类似LRU的有效算法）
9）NRU(最近未使用）算法
10）第二次机会算法
第二次机会算法的基本思想是与FIFO相同的，但是有所改进，避免把经常使用的页面置换出去。当选择置换页面时，检查它的访问位。如果是 0，就淘汰这页；如果访问位是1，就给它第二次机会，并选择下一个FIFO页面。当一个页面得到第二次机会时，它的访问位就清为0，它的到达时间就置为当前时间。如果该页在此期间被访问过，则访问位置1。这样给了第二次机会的页面将不被淘汰，直至所有其他页面被淘汰过（或者也给了第二次机会）。因此，如果一个页面经常使用，它的访问位总保持为1，它就从来不会被淘汰出去。
第二次机会算法可视为一个环形队列。用一个指针指示哪一页是下面要淘汰的。当需要一个 存储块时，指针就前进，直至找到访问位是0的页。随着指针的前进，把访问位就清为0。在最坏的情况下，所有的访问位都是1，指针要通过整个队列一周，每个页都给第二次机会。这时就退化成FIFO算法了。
7. 操作系统 实现请求分页系统中页面置换算法
用链表实现，当页面命中时就把页面提到列表最前面，未命中时把页面插入到列表最前面并移除链表最后一个节点。
#include"stdlib.h"
#include"stdio.h"
#defineSEC_NUM4//cachesize
#definePAGE_NUM12//pagenumber
typedefstructNode{
charpage;
structNode*next;
}Node;
typedefstructNode*linkList;
//showcurrentstatusofcache
voidshow(Node*cache){
Node*tmp=cache;
inti;
printf("Cachestatus:");
for(i=0;i<SEC_NUM;i++){
printf("%c",tmp->page);
tmp=tmp->next;
}
printf(" ");
}
//
Node*isIncluded(Node*head,charpage){
Node*tmp=head,*flag=NULL;
inti;
for(i=0;i<SEC_NUM;i++){
if(tmp->next->page==page)
flag=tmp;
tmp=tmp->next;
}
returnflag;
}
intmain()
{
inti=0,index=-1;
charpages[]={'4','3','2','1','4','3','5','4','3','2','1','5'};
Node*head,*cache,*tmp,*tmp2;
intmiss_num=0;
floatmiss_ratio=0;
//initializethelist
if((head=(linkList)malloc(sizeof(Node)))==NULL){
printf("Cannotallocatememory.");
return1;
}
head->page='0';
head->next=NULL;
cache=head;
//assignvaluestocache
for(i=0;i<SEC_NUM;i++){
if((tmp=((linkList)malloc(sizeof(Node))))==NULL){
printf("Cannotallocatememory.");
return1;
}
cache->next=tmp;
tmp->page='0';
tmp->next=NULL;
cache=tmp;
}
show(head->next);
for(i=0;i<PAGE_NUM;i++){
//thepageisalreadyincache
//movethepagetothefirstposition(rightafterhead)
if((tmp=isIncluded(head,pages[i]))!=NULL){
tmp2=head->next;
head->next=tmp->next;
tmp->next=tmp->next->next;
head->next->next=tmp2;
}
//thepageisnotincache
//,andremovethelastnode
else{
miss_num++;
tmp2=head->next;
if((head->next=(linkList)malloc(sizeof(Node)))==NULL){
printf("Cannotallocatememory.");
return1;
}
head->next->page=pages[i];
head->next->next=tmp2;
head->next->next->next->next->next=NULL;//assignNULLtothe*nextofthefourthnod(removethelastnode)
}
show(head->next);
}
miss_ratio=(float)miss_num/PAGE_NUM;
printf("Numberofmissesis%d,andmissratiois%f ",miss_num,miss_ratio);
return0;
}
8. lru页面置换算法是什么
用双向链表和哈希表来实现。
LRU算法的提出，是基于这样一个事实：在前面几条指令中使用频繁的页面很可能在后面的几条指令中频繁使用。
反过来说，已经很久没有使用的页面很可能在未来较长的一段时间内不会被用到。这个，就是着名的局部性原理——比内存速度还要快的cache，也是基于同样的原理运行的。因此，只需要在每次调换时，找到最近最少使用的那个页面调出内存。这就是LRU算法的全部内容。
一种LRU近似算法是最近未使用算法。
它在存储分块表的每一表项中增加一个引用位，操作系统定期地将它们置为0。当某一页被访问时，由硬件将该位置1。过一段时间后，通过检查这些位可以确定哪些页使用过，哪些页自上次置0后还未使用过。就可把该位是0的页淘汰出去，因为在之前最近一段时间里它未被访问过。
以上内容参考：网络-页面置换算法