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  • FIFO页面置换算法

    2011-02-19 20:51:21
    FIFO页面置换算法的实现源代码,附有可执行程序。
  • 模拟FIFO页面置换算法

    2015-12-03 20:17:10
    用C语言编写的FIFO页面置换算法,较为简易,多多指教
  • 课外实践报告 项 目 名 称 所 在 班 级 姓名 小 组 成 员 页面置换算法 学号 组长 指 导 教 师 成 绩 评 定 支丽平 页面置换算法中的先进先出算法 一 实验目的 了解最佳页面置换算法与先进先出 FIFO 页面置换算法并...
  • 页面置换算法,就是要选出最合适的一个页面,使得置换的效率最高。页面置换算法有很多,简单介绍几个,重点介绍比较重要的LRU及其实现算法。一、最优页面置换算法最理想的状态下,我们给页面做个标记,挑选一个最远...

    操作系统将内存按照页的进行管理,在需要的时候才把进程相应的部分调入内存。当产生缺页中断时,需要选择一个页面写入。如果要换出的页面在内存中被修改过,变成了“脏”页面,那就需要先写会到磁盘。页面置换算法,就是要选出最合适的一个页面,使得置换的效率最高。页面置换算法有很多,简单介绍几个,重点介绍比较重要的LRU及其实现算法。

    一、最优页面置换算法

    最理想的状态下,我们给页面做个标记,挑选一个最远才会被再次用到的页面。当然,这样的算法不可能实现,因为不确定一个页面在何时会被用到。

    二、最近未使用页面置换算法(NRU)

    系统为每一个页面设置两个标志位:当页面被访问时设置R位,当页面(修改)被写入时设置M位。当发生缺页中断时,OS检查所有的页面,并根据它们当前的R和M位的值,分为四类:

    (1)!R&!M(2)!R&M(3)R&!M(4)R&M

    编号越小的类,越被优先换出。即在最近的一个时钟滴答内,淘汰一个没有被访问但是已经被修改的页面,比淘汰一个被频繁使用但是“clean”的页面要好。

    三、先进先出页面置换算法(FIFO)及其改进

    这种算法的思想和队列是一样的,OS维护一个当前在内存中的所有页面的链表,最新进入的页面在尾部,最久的在头部,每当发生缺页中断,就替换掉表头的页面并且把新调入的页面加入到链表末尾。

    这个算法的问题,显然是太过于“公正了”,没有考虑到实际的页面使用频率。

    一种合理的改进,称为第二次机会算法。即给每个页面增加一个R位,每次先从链表头开始查找,如果R置位,清除R位并且把该页面节点放到链表结尾;如果R是0,那么就是又老又没用到,替换掉。

    四、时钟页面置换算法(clock)

    这种算法只是模型像时钟,其实就是一个环形链表的第二次机会算法,表针指向最老的页面。缺页中断时,执行相同的操作,包括检查R位等。

    953c4632865d1ca28adc43ea661025ca.png

    五、最近最少使用页面置换算法(LRU)

    缺页中断发生时,置换未使用时间最长的页面,称为LRU(least recently used)。

    LRU是可以实现的,需要维护一个包含所有页面的链表,并且根据实时使用情况更新这个链表,代价是比较大的。

    于是,需要对这个算法进行一些改进,也可以说是简化。将每一个页面与一个计数器关联,每次时钟终端,扫描所有页面,将每个页面的R位加到计数器上,这样就大致跟踪了每个页面的使用情况。这种方法称为NFU(not frequently used,最不常用)算法。

    这样还是存在一个问题,即很久之前的一次使用,与最近的使用权重相等。

    所以,再次改进,将计数器在每次时钟滴答时,右移一位,并把R位加在最高位上。这种算法,称为老化(aging)算法,增加了最近使用的比重。

    老化算法只能采用有限的位数,所以可能在一定程度上精度会有所损失。

    784bf8d215e96c1909355a21425b6cfc.png

    六、工作集算法

    简单来说,工作集就是在最近k次内存访问所使用过的页面的集合。原始的工作集算法同样代价很大,对它进行简化:在过去Nms的北村访问中所用到的页面的集合。

    所以,在实现的时候,可以给每个页面一个计时器。需要置换页面时,同实际时间进行对比,R为1,更新到现在时间;R为0,在规定阈值之外的页面可以被置换。

    同样,这个算法也可以用时钟的思想进行改进。

    19ea3913e4ffc0bf3629740745651aa1.png

    七、Linux使用的页面置换算法

    Linux区分四种不同的页面:不可回收的、可交换的、可同步的、可丢弃的。

    • 不可回收的:保留的和锁定在内存中的页面,以及内核态栈等。
    • 可交换的:必须在回收之前写回到交换区或者分页磁盘分区。
    • 可同步的:若为脏页面,必须要先写回。
    • 可丢弃的:可以被立即回收的页面。

    Linux并没有像我们之前单纯讨论算法时那样,在缺页中断产生的时候才进行页面回收。Linux有一个守护进程kswapd,比较每个内存区域的高低水位来检测是否有足够的空闲页面来使用。每次运行时,仅有一个确定数量的页面被回收。这个阈值是受限的,以控制I/O压力。

    每次执行回收,先回收容易的,再处理难的。回收的页面会加入到空闲链表中。

    算法是一种改进地LRU算法,维护两组标记:活动/非活动和是否被引用。第一轮扫描清除引用位,如果第二轮运行确定被引用,就提升到一个不太可能回收的状态,否则将该页面移动到一个更可能被回收的状态。

    处于非活动列表的页面,自从上次检查未被引用过,因而是移除的最佳选择。被引用但不活跃的页面同样会被考虑回收,是因为一些页面是守护进程访问的,可能很长时间不再使用。

    3a32b403151d5f57d56450cdd06f45cf.png

    另外,内存管理还有一个守护进程pdflush,会定期醒来,写回脏页面;或者可用内存下降到一定水平后被内核唤醒。

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  • 进程运行时,若其访问的页面不在内存而需将其调入,但内存已无空闲空间时,就需要从内存中调出一页程序或数据,送入磁盘的对换...FIFO页面置换假设有 3 个帧并且引用串为:7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1F...

    进程运行时,若其访问的页面不在内存而需将其调入,但内存已无空闲空间时,就需要从内存中调出一页程序或数据,送入磁盘的对换区,其中选择调出页面的算法就称为页面置换算法

    好的页面置换算法应有较低的页面更换频率,也就是说,应将以后不会再访问或者以后较长时间内不会再访问的页面先调出。

    FIFO页面置换

    假设有 3 个帧并且引用串为:

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

    FIFO 先进先出算法是最简单的页面置换算法。简单的理解:优先淘汰最早进入内存的页面FIFO页面置换算法为每个页面记录了调到内存的时间,当必须置换页面时会选择最旧的页面。
    注意,并不需要记录调入页面的确切时间,可以创建一个 FIFO 队列,来管理所有的内存页面。置换的是队列的首个页面。当需要调入页面到内存时,就将它加到队列的尾部。
    对于样例引用串,3个帧开始为空。首次的3个引用(7,0,1)会引起缺页错误,并被调到这些空帧。之后将调入这些空闲帧。
    下一个引用(2)置换7,这是因为页面7最先调入。由于0是下一个引用并且已在内存中,所以这个引用不会有缺页错误。

    a4fbb8bf368372fea59ca358ee078f33.gif

    FIFO页面置换算法

    3的首次引用导致页面0被替代,因为它现在是队列的第一个。因为这个置换,下一个对0的引用将有缺页错误,然后页面1被页面0置换。该进程按上图所示方式继续进行。每当有缺页错误时,上图显示了哪些页面在这三个帧中。总共有15次缺页错误。

    FIFO页面置换算法易于理解和编程。然而,它的性能并不总是十分理想。一方面,所置换的页面可以是很久以前使用过但现已不再使用的初始化模块。另一方面,所置换的页面可以包含一个被大量使用的变量,它早就初始化了,但仍在不断使用。
    注意,即使选择正在使用的一个页面来置换,一切仍然正常工作。在活动页面被置换为新页面后,几乎立即发生缺页错误,以取回活动页面。某个其他页面必须被置换,以便将活动页面调回到内存。因此,选择不当的置换会增加缺页错误率,并且减慢处理执行。然而,它不会造成执行不正确。
    为了说明使用FIFO页面置换算法可能出现的问题,假设如下引用串:

    1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,4,5

    下图为这个引用串的缺页错误数量与可用帧数量的曲线。4帧的缺页错误数(10)3帧的缺页错误数(9)还要大!这个最意想不到的结果被称为Belady异常,即对于有些页面置换算法,随着分配帧数量的增加,缺页错误率可能会增加,虽然我们原本期望为一个进程提供更多的内存可以改善其性能。

    7bcc04c849603cf49827cf7c1c1b72ff.gif

    一个引用串的FIFO置换的缺页错误曲线

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  • FIFO页面置换算法简单实现

    千次阅读 2019-06-09 19:04:43
    FIFO页面置换算法简单实现 先进先出置换算法 (页面置换) 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...

    FIFO页面置换算法简单实现
    先进先出置换算法
    (页面置换)
    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。
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    #include<iostream>
    #define N 10
    using namespace std;
    
    int main()
    {
       // int ym[]={7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1};
        // int sum=20;
        int ym[]={4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5};
    int sum=12;
    //前两行演示FIFO算法,若注释这验证belady现象。
        int allchangetimes=0;
        int fifo[N]={0};
        int n;
        int dq=0;
    
        cout<<"输入页框大小:";
        cin>>n;
        for(int i=n-1;i>=0;i--)
        {
            fifo[i]=ym[dq++];
        }
    
                for(int i=0;i<n ;i++)
            {
                cout<<fifo[i]<<"   ";
            }
            cout<<endl;
    
    
        for(int j=n;j<sum;j++)
        {    int flag=0;
            for(int i=0;i<n;i++)
            {
                if(fifo[i]==ym[j])
                {  flag=1;
    
                    break;
                }
            }
    
            if(flag==0)
            {
                allchangetimes++;
                for(int i=n-1;i>=1;i--)
                {
                    fifo[i]=fifo[i-1];
                }
                    fifo[0]=ym[j];
            }
    
    
            for(int i=0;i<n;i++)
            {
                cout<<fifo[i]<<"   ";
            }
            cout<<endl;
        }
    
        cout<<"缺页"<<allchangetimes+n<<"次,"<<"置换"<<allchangetimes<<endl;
    }
    
    

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  • 页面置换算法: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...
    页面置换算法: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。

    01

    最佳置换算法(OPT)

    从主存中移出永远不再需要的页面,如无这样的页面存在,则选择最长时间不需要访问的页面。于所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的,或者是在最长时间内不再被访问的页面,这样可以保证获得最低的缺页率。即被淘汰页面是以后永不使用或最长时间内不再访问的页面。最佳置换算法可以用来评价其他算法。假定系统为某进程分配了三个物理块,并考虑有以下页面号引用串: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, 1三个页面依次装入内存。进程要访问页面2时,产生缺页中断,根据最佳置换算法,选择第18次访问才需调入的页面7予以淘汰。然后,访问页面0时,因为已在内存中所以不必产生缺页中断。访问页面3时又会根据最佳置换算法将页面1淘汰……依此类推。发生缺页中断的次数为9,页面置换的次数为6。60be80c28ef3611fa9e9db7b5fc87972.png

    02

    页表先进先出置换算法(FIFO)

    最简单的页面置换算法。这种算法的基本思想是:当需要淘汰一个页面时,总是选择驻留主存时间最长的页面进行淘汰,即先进入主存的页面先淘汰。其理由是:最早调入主存的页面不再被使用的可能性最大。即优先淘汰最早进入内存的页面。534b58261395e6acfe811b582ef97ff6.png釆用FIFO算法进行页面置换,进程访问页面2时,把最早进入内存的页面7换出。然后访问页面3时,再把2, 0, 1中最先进入内存的页换出。利用FIFO算法时进行了 12次页面置换。FIFO算法会产生当所分配的物理块数增大而页故障数不减反增的异常现象,这是Belady异常。只有FIFO算法可能出现Belady 异常。

    03

    最近最久未使用(LRU)算法

    利用局部性原理,根据一个作业在执行过程中过去的页面访问历史来推测未来的行为。它认为过去一段时间里不曾被访问过的页面,在最近的将来可能也不会再被访问。所以,这种算法的实质是:当需要淘汰一个页面时,总是选择在最近一段时间内最久不用的页面予以淘汰。即淘汰最近最长时间未访问过的页面。31b303270bdc5f0d6a9ec81a98e10f89.pngLRU性能较好,但需要寄存器和栈的硬件支持。LRU是堆栈类的算法。理论上可以证明,堆栈类算法不可能出现Belady异常。FIFO算法基于队列实现,不是堆栈类算法。

    04

    时钟置换算法NRU

    通过给每一个访问的页面关联一个附加位(reference bit),有些地方也叫做使用位(use bit)。他的主要思想是:当某一页装入主存时,将use bit置成1;如果该页之后又被访问到,使用位也还是标记成1。对于页面置换算法,候选的帧集合可以看成是一个循环缓冲区,并且有一个指针和缓冲区相关联。遇到页面替换时,指针指向缓冲区的下一帧。如果这页进入主存后发现没有空余的帧(frame),即所有页面的使用位均为1,那么这时候从指针开始循环一个缓冲区,将之前的使用位都清0,并且留在最初的位置上,换出该桢对应的页。以下面这个页面置换过程为例,访问的页面依次是:1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,4,5。主存有4个空闲的帧,每个页面对应的结构为(页面号,使用位)。

    1

    最开始页面号1进入主存,主存里面有空闲的帧,将其使用位记成1,由于主存中之前没有页面1,所以会发生缺页中断。

    2

    同理随后的页面2,3,4进入主存,将其使用位记成1,发生缺页中断。

    3

    当之后的页面1,2进入主存时,由于页面1,2已经在主存中,不做处理。

    4

    当之后的页面5进入主存时,主存内没有空余的帧,这时候随着指针循环移动整个缓冲区,将之前页面的使用位全部清0,即这时候页面1,2,3,4对应的使用位全部为0,指针回到最初的位置,将页面1替换出去,页面5换入主存,同时使用位标记成1。以此类推,可知CLOCK共发生10次缺页中断。

    534b58261395e6acfe811b582ef97ff6.png

    05

    改进型CLOCK算法

    在将一个页面换出时,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。在改进型Clock算法中,除须考虑页面的使用情况外,还须再增加一个因素,即置换代价,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):表示该页最近既为被访问,又未被修改,是最佳淘汰页2类(A=0,M=1):表示该页最近未被访问,但也被修改,并不是很好的淘汰页3类(A=1,M=0):表示该页最近已被访问,但未被修改,该页有可能再被访问4类(A=1,M=1):表示该页最近已被访问且被修改,该页可能再被访问在内存中的每个页必定是这四个类页面之一,在进行页面置换时,可采用与简单Clock算法相类似的算法,其差别在于该算法须同时检查访问位与修改位,以确定该页是四类页面中的哪一种。其执行过程可分成以下三步:

    1

    从指针所指示的当前位置开始,扫描循环队列,寻找A=0且M=0的第一类页面,将所遇到的第一个页面作为所选中的淘汰页。在第一次扫描期间不改变访问位A

    2

    如果第一步失败,即查找一周后未遇到第一类页面,则开始第二轮扫描,寻找A=0且M=1的第二类页面,将所遇到的第一个这类页面作为淘汰页。在第二轮扫描期间,将所有扫描过的页面的访问位都置0

    3

    如果第二步也失败,亦即未找到第二类页面,则将指针返回到开始的位置,并将所有的访问位复0。然后重复第一步,如果仍失败,必要时再重复第二步,此时就一定能找到被淘汰的页该算法与简单Clock算法比较,可减少磁盘的I/O操作次数。但为了找到一个可置换的页,可能须经过几轮扫描。换言之,实现该算法本身的开销将有所增加。

    以下面这个页面置换过程为例:访问的页面依次是:0,1,3,6,2,4,5,2,5,0,3,1,2,5,4,1,0,其中红色数字表示将要修改的页面,即他们的modified bit将被设置成1,在下图中这些页面用斜体表示,使用位和修改位如下图所示。下面的"Fault ?"表示缺页时查找空闲frame的次数。10cf78ede3388da8851c46dd342f3d84.png

    1

    当页面0来时,Frame0空闲,所以换入页面0,修改状态为(1,0),同时发生缺页中断。

    2

    当访问页面1时,由于页面1,将要被修改,其状态设置为(1,1),同时发生缺页中断。

    3

    同理对于接下来的页面3,6,将其状态设置为(1,0),,同时发生缺页中断。

    4

    对于接下来的页面2,按照之前的页面置换算法的顺序,现在主存中找状态为(0,0)的页面,发现没有....然后执行算法的第二步,找状态为(0,1)的页面,还是没有。这时候把主存里面所有页面的used bit清零,再重复执行算法的第一步,此时由于页面0的状态已经变成(0,0),页面2把页面0替换出主存。同时由于在之前的设计中页面2属于将要被修改(modify)的页面,故将其状态设置为(1,1)。由于经历了两轮查找,所以"Fault ?"对应的查找次数为2*4+1=9。同理可类推访问其他页面的情况。最后可知缺页次数为13次。

    e2a40bcbb58118e3beac8d2f535a3ae1.png

    一进程已分配到4个页帧,现在进程访问到第四页发生缺页,若使用NRU算法应该换出哪一页。

    296eb50fc95bccf616c8f9c685890f2d.png

    解析

    按照最近访问时间,访问顺序应该是1,0,2,3。所以在没有发生缺页时,相对应的访问位和修改位是67b2de56a86904855338cbbee108fe69.png此时访问第四页,发生了缺页,指针将按页表中的顺序进行查找。我们看到在题目给出的表中0和1号页的访问位已经变成了0,而2和3号页的访问位还是1,可以说明此时指针指向的是1号页,并且已经完成对1号页的处理,即将指向2号页。但是这个过程还没完,现在我们需要的是访问位为0的页,扫描过了0号和1号,没有找到,所以要继续扫描。扫描完了2号和3号,都没有发现访问位为0的页,所以此时第一轮扫描完成,将进行第二轮扫描。因为此时0号页的访问位在第一次扫描的时候已经被置为0,所以根据NRU算法,0号页将会被换出。

    如果是改进的CLOCK算法:

    第一轮扫描要找(0,0)的页面,没找到;第二轮要找(0,1)的页面,也没找到。11877ece572fcf1b1acb434d76f314b2.png此时页面访问位和修改位是这样的。第三轮扫描和第一轮一样,要找(0,0)的页面,此时1号页符合,所以将1号页换出。

    总结

    bc9bc47564fc2fb7e0ae909dbb7451d1.png 7192aa5689ba97a9fb449d5da0e8f890.gif

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    广外:976231252

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    华南师大:428389734

    南昌大学:923249141

    955a9f4a1c2778e7f6b73015de1cc2f0.png

    给个“在看”支持一下我

    6d4efb7a2e22cd9f0d2aaf73a0e59c8f.png
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  • 内存FIFO页面置换算法的设计 操作系统 用NetBeans编写 界面设计 java课程设计
  • 本次我要写的文章是操作系统的页面置换算法(OPT、FIFO、LRU、CLOCK)。页面置换算法不是很难,想必搜我这种文章的应该是都懂原理。所以在这里,简单概括算法特点,主要是展示代码。最佳置换算法——OPT(Optimal)...
  • printf("先进先出(FIFO)页面置换算法 \n"); FIFO(); system("PAUSE"); return 0; } void build() { int i = 0; for(i=0; i { process[i] = (int)(10.0*rand()/(RAND_MAX+1.0) + 1); printf("%d ",process[i]); } ...
  • 题目阐述如下:设计四:页面置换设计目的:加深对请求页式存储管理实现原理的理解,掌握页面置换算法。设计内容:设计一个程序,有一个虚拟存储区和内存工作区,实现下述三种算法中的任意两种,计算访问命中率(命中率=...
  • 实验四 模拟FIFO页面置换算法 一、实验目的:用c/c++/java模拟FIFO页面置换算法 二、实验内容:随机一访问串和驻留集的大小,通过模拟程序显示淘汰的页号并统计命中率。示例: 输入访问串:7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0...
  • 转自:http://www.cnblogs.com/dolphin0520/1.FIFO算法FIFO(First in First out),先进先出。其实在操作系统的设计理念中很多地方都利用到了先进先出的思想,比如作业调度(先来先服务),为什么这个原则在很多地方...
  • A、考虑下述页面走向:6,7,5,2,6,7,3,6,7,5,2,3 当分配的内存物理块数量分别为 3 和 4 时: FIFO(先进先出页面置换算法)的缺页次数分别是多少?FIFO(先进先出页面置换算法)的缺页次数:FIFO(先进先出页面...
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  • LRU/最佳/FIFO页面置换算法

    千次阅读 2020-05-04 15:35:22
    一.先了解一下几种算法的定义: ...2. 先进先出(FIFO)页面置换算法FIFO算法是最早出现的置换算法。该算法总是淘汰最先进入内存的页面,即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。 3. LRU(Leas...
  • FIFO页面置换算法演示

    2008-06-25 16:57:26
    FIFO页面算法 可以运行
  • } } LRU Cache置换算法 Least Recently Used algorithm LRU是首先淘汰最长时间未被使用的页面! 这种算法把近期最久没有被访问过的页面作为被替换的页面。它把LFU算法中要记录数量上的"多"与"少"简化成判断"有"与"无...
  • 第一次百度笔试,题目不难,但由于...FIFO页面置换算法: 一个函数,两个参数 public static int countCacheMiss(int max_cache_size, int[] page_requests){} max_cache_size:代表缓冲区个数 page_requests:代表请
  • 操作系统FIFO页面置换算法(C语言)

    千次阅读 2019-11-22 23:42:17
    先进先出(FIFO)页面置换算法: 这是最早出现的置换算法。该算法总是淘汰最先进入内存的页面,即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。该算法实现简单只需把一个进程已调入内存的页面,按先后次序存入一个时间...

空空如也

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