虚拟存储器2

最佳( Optimal)置换算法

 最佳置换算法足由Belady于1966年提出的一种理论上的算法。其所选择的被淘汰页 面将是以后永不使用的，或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面。采用最佳置换算 法通常可保证获得最低的缺页率。但由于人们目前还无法预知，一个进程在内存的若干个 页面中，哪一个页面是未来最长时间内不再被访问的，因而该算法是无法实现的，但可以 利用该算法去评价其它算法。

现举例说明如下。 假定系统为某进程分配了三个物理块，并考虑有以下的页面号引用：

 7，0, 1, 2，0，3, 0, 4, 2, 3, 0，3, 2, 1, 2，0, 1, 7, 0, 1

进程运行时，先将7, 0, 1三个页面装入内存以后，当进程要访问页面2时，将会产生缺页中断。此时OS根据最佳置换算法将选择页面7予以淘汰。这是因为页面0将作为第5个被 访问的页面，页面1是第14个被访问的页面，而页面7则要在第18次页面访问时才需调入。下次访问页面0时，因它已在内存而不必产生缺页中断。当进程访问页面3时，又将引起页 面1被淘汰；因为，它在现有的1，2, 0三个页面中，将是以后最晚才被访问的。图5-3示 出了采用最佳置换算法时的置换图。由图可看出，采用最佳置换算法发生了6次页面置换。

 

最少使用 (Least Frequently Used, LFU)置换算法 

在采用LFU算法时，应为在内存中的每个页面设置一个移位寄存器，来记录该页面 被访问的频率。该置换算法选择在最近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100ns,在1ms时间内可能对某页面连续访问成千上万次，因此， 直接利用计数器来记录某页被访问的次数是不现实的，只能采用较大的时间间隔来记录对 存储器某页的访问。在敁少使用®换算法中采用了移位寄存器方式。毎次访问某页时，便将该移位寄存器的最高位置1，再每隔一定时间(例如100 ms)右移一次。这样，在最近一段 时间使用最少的页面将是二进制最小的页。 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，这种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，在该时间间隔内，对某页访问一次和访问1000 次是完全等效的。

Clock置换算法

1. 简单的Clock置换算法

当利用简单Clock算法时，只需为每页设質一位访问位，再将内存中的所有页面都通过链接指针链接成一个循环队列。当某页被访问时，其访问位被置 1。置换算法在选择一 页淘汰时，只需检査页的访问位。如果是0,就选择该页换出；若为1，则重新将它置0, 暂不换出，给予该页第二次驻留内存的机会，再按照FIFO算法检査下一个页面。当检查 到队列中的最后一个页面时，若其访问位仍为1，则再返回到队首去检査第一个页面。图 5-8示出了该算法的流程和示例。由于该算法是循环地检杳各页面的使用情况，故称为Clock 算法。但因该算法只有一位访问位，只能用它表示该页是否已经使用过，而置换时是将未 使用过的页面换出去，故又把该算法称为最近未用算法或NRU算法。

 

1. 改进型Clock置换算法

在将一个页而换出时，如果该页已被修改过，便须将该页重新写回到磁盘上；但如果 该页未被修改过，则不必将它拷回磁盘。换而言之，对于修改过的页面，在换出时所付出 的开销比未修改过的页面大，或者说， S换代价大。在改进型 Clock算法中，除须考虑页面的使用愔况外，还须再增加一个因索——S换代价。这样，选择页面换出时，既要是未使用过的页面，又要是未被修改过的页面。把同时满足这两个条件的页面作为首选淘汰的页面。由访问位A和修改位M可以组合成下面四种类型的页面：

1类(A=0, M=0):表示该页最近既未被访问，又未被修改，是最佳淘汰页。

2类(A=0, M=丨)：表示该页最近未被访问，但已被修改，并不是很好的淘汰页。

3类(A=l，M=0):表示最近己被访问，怛未被修改，该页有可能再被访问。

4类(A=l，M=丨)：表示最近已被访问且被修改，该页可能再被访问。

优先级:00-->01-->10-->11

 

LRU置换算法的硬件支持

1. 寄存器

为了记录某进程在内存中各个页的使用情况，须为每个在内存中的页面配置一个移位寄存器，可表示为R=,

当进程访问某物理块时，要将相应寄存器的位置成1。此时，定时信号将每隔一 定时间(例如100 ms)将寄存器右移一位。如果我们把n位寄存器的数看作是一个整数，那么，具有最小数值的寄存器所对应的页面，就是最近最久未使用的页面。图5-6示出了某 进程在内存中具有8个页面、为每个内存页面配—个8位寄存器时的LRU访问情况。这 里，把8个内存页面的序号分别定为1〜8.由图可以看出，第3个内存页面的R值最小， 当发生缺页时，应首先将它置换出去。

 

 

1. 栈

利用了一个特殊的栈保存当前使用的各个页面的页面号，每当进程访问某页面时，便将该页面的页面号从栈中移除，将它压入栈顶，因此，栈顶始终是最新被访问的页面编号，栈底是最久未使用页面的编号。

 

5.4 “抖动”与工作集

1.抖动

频繁的发生缺页现象。

2.工作集

工作集是指在某段时间间隔 ∆ 里，进程实际要访问的页面的集合。

1. 预防方法

（1）局部置换

（2）引入工作集

（3）“L=S”

（4）挂起几个进程

 

5.5 请求分段存储管理方式

1.段表项

 

2.地址变换

 

1. 分段的共享和保护
2. 基于段表
3. 保护

（1）越界检查

（2）存取控制检查

（3）环保护机构