名人说：一花独放不是春，百花齐放花满园。——《增广贤文》
作者：Code_流苏(CSDN)（一个喜欢古诗词和编程的Coder😊）目录
- 〇、页面置换算法是什么？
- 一、OPT算法
- 1、算法介绍
- 2、举例
- 二、FIFO算法
- 1、算法介绍
- 2、举例
- 三、LRU算法
- 1、算法介绍
- 2、举例
- 3、关于OPT和LRU算法的区分
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〇、页面置换算法是什么？
页面置换算法是一种操作系统用来管理虚拟内存的技术，它的目的是在内存不足时，选择一些不常用的页面（内存块）从内存中移出，以便为新的页面腾出空间。
具体来说是在进程运行的过程当中，进程所要访问的页面不在内存中，我们就需要把这个不在内存中的页面调入内存，但内存已经没有空闲空间了，这时候就要求系统从内存中调出一个页面，将其移入磁盘的对换区中。
简单理解：等候区里坐满了人，位置不够了，此时有人出去，腾出位置，后面新进来的人入座
等等？你还没有讲OPT、FIFO、和LRU呢？
咳咳，OK，既然如此，接下来就进入正式的讲解（一脸严肃地如是说道）：
一、OPT算法
1、算法介绍
OPT算法是最佳置换算法，它的思想是在发生缺页时，选择下一次出现最晚的页面进行置换，从而使缺页率最低。
如果要用代码实现，可以这样来实现：首先定义一个next数组，用来记录每个页面下一次出现的位置。每次发生缺页时，遍历内存块中的所有页面，找到next值最大的页面，即下一次出现最晚的页面，作为置换对象。同时，用一个count变量记录缺页次数，再用一个flag数组记录每个页面是否在内存中。
简单理解：选择以后永不使用或者在最长时间内不再被访问的页面进行置换。（向后看）
2、举例
在一个请求分页系统中，假设系统分配给某进程的物理块数为 3，开始时内存为空，执行如下访问页号序列（标记红色的是要下次请求被置换掉的）：
1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5
（图片来源网络，只用于帮助理解，侵删）
Y表示缺页，N表示不缺页
缺页次数： 7 次
★补充一点：发生缺页的判断条件是指令所在的页面不在内存中
二、FIFO算法
1、算法介绍
FIFO算法是先进先出置换算法。它的思想是在发生缺页时，选择最先进入内存的页面进行置换，即按照进入内存的先后顺序进行置换。
如果要用代码实现，可以这样来实现：先定义一个queue数组，用来记录每个内存块中的页面进入的先后顺序。每次发生缺页时，取出queue数组的第一个元素，即最先进入内存的内存块号，作为置换对象。然后将该元素移到queue数组的末尾，表示该内存块中的页面最近被访问过。同时，用一个count变量记录缺页次数，接着用一个flag数组记录每个页面是否在内存中。
简单理解：先进先出，如果满了，就对先进来的进行置换。（可以结合数据结构队列理解）
2、举例
比如有下述页面走向：1, 2, 3, 4, 2, 1, 5, 6, 2, 1, 2, 3, 7, 6, 3, 2, 1, 2, 3, 6。当内存块数量分别为3时, 我们算一算使有此方法时产生的缺页次情况。 (注意, 所有内存块最初都是空的, 凡第一次用到的页面都产生一次缺页。)
当内存块数量分别为3时，FIFO算法的执行过程如下图所示。
（图片来源网络，只用于帮助理解，侵删）
打叉的表示发生了缺页，共有16个×，即
缺页次数： 16 次
三、LRU算法
1、算法介绍
LRU算法是最近最久未使用置换算法，它的思想是在发生缺页时，选择最近一段时间内最久未使用的页面进行置换，即按照访问时间的远近进行置换。（时间维度来考虑，原理依据局部性原理）
如果要用代码实现，可以这样来实现：一开始定义一个last数组，用来记录每个页面最近一次出现的位置。每次发生缺页时，遍历内存块中的所有页面，找到last值最小的页面，即最近一段时间内最久未使用的页面，作为置换对象。同时，用一个count变量记录缺页次数，并用一个flag数组记录每个页面是否在内存中。
简单理解：选择最近最长时间没有被访问的页面进行置换。（向前看）
2、举例
由于OPT和LRU容易混淆，因此在网上精选了两题来帮助大家理解。
1️⃣例1
在一个请求分页系统中，假设系统分配给某进程的物理块数为 3，开始时内存为空，执行如下访问页号序列（标记红色的是要下次请求被置换掉的）：
1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5
（图片来源网络，只用于帮助理解，侵删）
缺页次数： 10 次
2️⃣例2
在一个请求页式存储管理中，一个程序的页面走向为 3、4、2、1、4、5、3、4、5、1、2，并采用 LRU 算法。设分配给该程序的存储块数 S 分别为 3，在该访问中发生的缺页次数 F 是 ?
| 页面\数据走向 | 3 | 4 | 2 | 1 | 4 | 5 | 3 | 4 | 5 | 1 | 2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 物理块0 | 3 | 4 | 2 | 1 | 4 | 5 | 3 | 4 | 5 | 1 | 2 |
| 物理块1 | 3 | 4 | 2 | 1 | 4 | 5 | 3 | 3 | 5 | 1 | |
| 物理块2 | 3 | 4 | 2 | 1 | 4 | 5 | 4 | 3 | 5 | ||
| 是否缺页（是 √ 否×） | × | × | × | × | × | × | × | × |
所以F=8，即
缺页次数：8次
3、关于OPT和LRU算法的区分
- OPT算法是最优页面置换算法，它的原理是在发生缺页中断时，选择以后永不使用或者在最长时间内不再被访问的页面进行淘汰。
- LRU算法是最近最久未使用算法，它的原理是在发生缺页中断时，选择最近最长时间没有被访问的页面进行淘汰。
- OPT算法和LRU算法的区别在于，OPT算法是根据各页以后的使用情况进行置换，是“向后看”的，而LRU算法是根据各页以前的使用情况进行置换，是“向前看”的。
- 一个是不再被访问（OPT），另一个则是没有被访问（LRU）。
撒花结束，(〃￣o￣) 人 (￣︶￣〃)，Yaho，写完咯！
Code_流苏(CSDN)（一个喜欢古诗词和编程的Coder😊）
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