操作系统（五）页面置换算法与分配策略
一、页面置换算法
1、最佳置换算法（OPT）
- 每次选择淘汰的页面将是以后永不使用，或者在最长时间内不再被访问的页面，这样可以保证最低的缺页率
实际上就是
从当前内存块的页面中淘汰一个最后出现的页面
。
- 最佳置换算法是缺页率最低的算法
- 由于进程运行中无法获取进程要访问的全部页面，因此最佳置换算法是无法实现的
2、先进先出置换算法（FIFO）
- 把调入内存的页面形成一个队列，每次发生置换时选择队头页面即可
- 实现简单
- 算法性能差
- 会产生Belady异常（当为进程分配的物理块增大时，缺页次数不减反增）
3、最近最久未使用算法（LRU）
- 每次淘汰最近最久没有使用的页面
- 性能好
- 实现困难，需要专门的硬件支持，开销大
4、时钟置换算法（CLOCK）
- 又称最久未用算法（NRU）
为每个页面设置一个访问位，首先在页面中选择访问位为0的页面，并将访问位为1的页面置为0
- 性能与开销比较均衡
- 未考虑页面是否被修改
5、改进型时钟置换算法
- 如果一个页面在访问过程中被修改了，那么它需要执行I/O操作写回外存，因此在其他条件相同时，应该优先淘汰未修改的页面
为每个页面增加一个修改位
1.寻找标志位为（0,0）即最近未访问未修改的页面
2.寻找标志位为（0,1）即最近未访问但修改过的页面，并将扫描过的页面的访问位设为0
3.寻找标志位为（0,0）即最近访问过但未修改过的页面
4.寻找标志位为（0,1）即最近访问过且修改过的页面
个人觉得这样设计的依据是根据局部性原理，最近访问过的页面接下来也可能被访问，所以会优先淘汰未访问的
6、小结
- OPT算法是无法实现的
- 只有FIFO算法会导致Belady异常
二、页面分配策略
1、驻留集
指请求分页存储管理中给进程分配的物理块的集合
- 驻留集太小，会导致缺页频繁，系统会花费大量的时间去处理缺页
- 驻留集太大，会导致多道程序并发度下降，资源利用率低
2、页面分配、置换策略
固定分配：操作系统给进程分配的物理块数目在进程运行期间固定不变，即驻留集大小不变
可变分配：驻留集大小可变
局部置换：发生缺页时只能选择进程自己的物理块进行替换
全局替换：可以将操作系统保留的空闲物理块分配给缺页进程，也可以将别的进程持有的物理块置换到外存，再分配给缺页进程
3、调入页面的时机
4、从何处调页
5、抖动（颠簸）现象
刚刚换出的页面马上又要换入内存，刚刚换入的页面又要马上换出外存，这种频繁的页面调度行为称为抖动或颠簸
6、工作集
基于工作集的可变分配方式的最大窗口尺寸一般是窗口尺寸+1
工作集指在某段时间间隔里，进程实际访问页面的集合。
7、小结
- 系统为某进程分配了n个物理块等价于系统为该进程分配的驻留集大小为n
- 不存在固定分配全局置换，因为固定分配进程的驻留集大小是不会改变的，所以一定不会发生全局置换