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  • 操作系统实验报告,用C++实现 最近最久未使用LRU,先来先服务页面置换算法FIFO
  • 先来先服务FCFS,最短寻道时间优先SSTF,SCAN和循环SCAN算法模拟磁道访问过程
  • 磁盘置换算法 (超详细)

    1 先来先服务算法(FCFS)

    1.2例题

    根据进程请求访问磁盘的先后顺序进行调度。
    假设磁头的初始位置是100号磁道,有多个进程先后陆续地请求访问 55、58、39、18、90、160、150、38、184 号磁道
    按照 FCFS 的规则,按照请求到达的顺序,磁头需要依次移动到 55、58、39、18、90、160、150、38、184 号磁道

    在这里插入图片描述
    磁头总共移动了 45+3+19+21+72+70+10+112+146 = 498 个磁道
    响应一个请求平均需要移动 498/9 = 55.3 个磁道(平均寻找长度)

    1.3特点:

    • 优点:公平;如果请求访问的磁道比较集中的话,算法性能还算过的去
    • 缺点:如果有大晕进程竞争使用磁盘,请求访问的磁道很分散,则FCFS在性能上很差,寻道时间长。

    2 SSTF 算法

    2.1定义

    优先处理的磁道是与当前磁头最近的磁道

    可以保证每次的寻道时间最短,但是并不能保证总的寻道时间最短。(其实就是贪心算法的思想,只是选择眼前最优,但是总体未必最优)

    2.2例题

    假设磁头的初始位置是100号磁道,有多个进程先后陆续地请求访问 55、58、39、18、90、160、150、38、184 号磁道

    在这里插入图片描述

    磁头总共移动了 (100-18) + (184-18) = 248 个磁道
    响应一个请求平均需要移动 248/9 = 27.5 个磁道(平均寻找长度)

    2.3特点

    • 优点:性能较好,平均寻道时间短
    • 缺点:可能产生饥饿现象

    3 扫描算法(SCAN)

    SSTF 算法会产生饥饿的原因在于:磁头有可能在一个小区域内来回来去地移动。为了防止这个问题,可以规定,只有磁头移动到最外侧磁道的时候才能往内移动,移动到最内侧磁道的时候才能往外移动。这就是扫描算法(SCAN)的思想。由于磁头移动的方式很像电梯,因此也叫电梯算法。

    3.1 例题

    假设某磁盘的磁道为 0~200号,磁头的初始位置是100号磁道,且此时磁头正在往磁道号增大的方向移动,有多个进程先后陆续地请求访问 55、58、39、18、90、160、150、38、184 号磁道
    在这里插入图片描述

    磁头总共移动了 (200-100) + (200-18) = 282 个磁道
    响应一个请求平均需要移动 282/9 = 31.3 个磁道(平均寻找长度)

    3.2特点

    • 优点:性能较好,平均寻道时间较短,不会产生饥饿现象
    • 缺点:也只有到达最边上的磁道时才能改变磁头移动方向,事实上,处理了184号磁道的访问请 求之后就不需要再往右移动磁头了。
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  • 存储管理的页面置换算法

    千次阅读 2011-09-22 08:43:05
    存储管理的页面置换算法 存储管理的页面置换算法在考试中常常会考到,操作系统教材中主要介绍了3种常用的页面置换算法,分别是:先进先出法(FIFO)、最佳置换法(OPT)和最近最少使用置换法(LRU)。大家要...

    存储管理的页面置换算法


    存储管理的页面置换算法在考试中常常会考到,操作系统教材中主要介绍了3种常用的页面置换算法,分别是:先进先出法(FIFO)、最佳置换法(OPT)和最近最少使用置换法(LRU)。大家要理解3种置换算法的含义,然后能熟练地运用在具体的练习中就可以了。


    1. 为什么要进行页面置换

    在请求分页存储管理系统中,由于使用了虚拟存储管理技术,使得所有的进程页面不是一次性地全部调入内存,而是部分页面装入。

    这就有可能出现下面的情况:要访问的页面不在内存,这时系统产生缺页中断。操作系统在处理缺页中断时,要把所需页面从外存调入到内存中。如果这时内存中有空闲块,就可以直接调入该页面;如果这时内存中没有空闲块,就必须先淘汰一个已经在内存中的页面,腾出空间,再把所需的页面装入,即进行页面置换。

    有助于理解的关键词有:请求分页、虚拟存储、缺页中断、页面置换。


    1. 常用的页面置换算法

    教材中介绍的常用页面置换算法有:先进先出法(FIFO)、最佳置换法(OPT)和最近最少使用置换法(LRU)。


    1. 先进先出法(FIFO

    算法描述:由于认为最早调入内存的页不再被使用的可能性要大于刚调入内存的页,因此,先进先出法总是淘汰在内存中停留时间最长的一页,即先进入内存的页,先被换出。先进先出法把一个进程所有在内存中的页按进入内存的次序排队,淘汰页面总是在队首进行。如果一个页面刚被放入内存,就把它插在队尾。

    【例1】教材第4章课后习题。

    考虑下述页面走向:12342156212376321236。当内存块数量分别为35时,试问先进先出置换算法(FIFO)的缺页次数是多少?(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。

    页面

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    缺页





    打叉的表示发生了缺页,共缺页16次。

    提示:当FIFO算法执行到蓝色的4号页面时,这时内存中有三个页面,分别是123。按照FIFO算法,在内存中停留时间最长的页面被淘汰。三个页面在内存中的停留时间用绿色区域标记出来了,可见,1号页面是停留时间最长的,因此要淘汰1号页面。

    当内存块数量分别为5时,共缺页10次。FIFO算法的执行过程如下。

    页面

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    缺页











    优缺点:先进先出法(FIFO)简单易于实现,但是性能不好,存在Belady现象。例如对于以下页面:123412512345,当内存块为3时,出现9次缺页中断;当内存块为4时,出现10次缺页中断。缺页率随着内存块增加而增加的现象,称为Belady现象。有兴趣的同学可以试一试,看看是不是这样的。


    1. 最佳置换法(OPT

    算法描述:最佳置换算法(OPT)在为调入新页面而必须预先淘汰某个老页面时,所选择的老页面应在将来不被使用,或者是在最远的将来才被访问。采用这种算法,能保证有最小缺页率。

    【例2】教材第4章课后习题。

    考虑下述页面走向:12342156212376321236。当内存块数量分别为35时,试问最佳置换法(OPT)的缺页次数是多少?(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,OPT算法的执行过程如下图所示。

    页面

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    缺页










    打叉的表示发生了缺页,共缺页11次。

    提示:当OPT算法执行到蓝色的4号页面时,这时内存中有三个页面,分别是123。按照OPT算法,在最远的将来才被访问的页面先淘汰。这三个页面在未来页面走向序列的位置用绿色区域标记出来了,可见,3号页面是最晚被访问到的,因此要淘汰3号页面。到了最后一个6号页面时,由于没有后续的页面序列了,可以随机选择一个页面淘汰。

    当内存块数量分别为5时,共缺页7次。OPT算法的执行过程如下。

    页面

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    缺页














    优缺点:OPT算法因为要需要预先知道一个进程在整个运行过程中页面走向的全部情况,因此只是一种理想状态,实际是行不通的。一般用算法来衡量(如通过模拟实验分析或理论分析)其他算法的优劣。


    1. 最近最少使用置换法(LRU

    算法描述:最近最少使用置换法(LRU)是选择在最近一段时间里最久没有使用过的页面予以淘汰。借鉴FIFO算法和OPT算法,以“最近的过去”作为“不久将来”的近似。

    【例3】教材第4章课后习题。

    考虑下述页面走向:12342156212376321236。当内存块数量分别为35时,试问最近最少使用置换法(LRU)的缺页次数是多少?(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,LRU算法的执行过程如下图所示。

    页面

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    缺页






    打叉的表示发生了缺页,共缺页15次。

    提示:当LRU算法执行到蓝色的4号页面时,这时内存中有三个页面,分别是123。按照LRU算法,在最近一段时间里最久没有使用过的页面予以淘汰。这三个页面在4号页面之前的页面走向序列中的位置用绿色区域标记出来了,可见,1号页面是最久没有被使用过的,因此要淘汰1号页面。

    当内存块数量分别为5时,共缺页8次。LRU算法的执行过程如下。

    页面

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    缺页













    优缺点:LRU算法是经常采用的页面置换算法。缺点是实现上需要大量的硬件支持。


    3. 需要注意的问题

      1. 不要把存储管理的页面置换算法与处理机调度算法混淆。有的同学可能会将FIFOFCFS弄混,FIFO是先进先出页面置换算法,FCFS是先来先服务的作业调动算法,虽然道理相似,却用在不同的地方。

      2. 缺页率。教材中提到了缺页率,没有给出它的概念。缺页率=缺页次数/页面总数。以上面3个例题为例,缺页率如下:

    算法

    FIFO

    OPT

    LRU

    内存块为3

    16/20=80%

    11/20=55%

    15/20=75%

    内存块为5

    10/20=50%

    7/20=35%

    8/20=40%

    影响缺页率的因素有分配给进程的内存块数和页面尺寸等。一般来说,内存块数多,页面增大,使得发生缺页的可能性下降。但是这不是绝对的,还存在着Belady现象。

    3)衡量页面置换算法好坏的标准是:好的算法能适当减少缺页率,避免系统“抖动”。

    说明:以上内容仅作为教学辅导材料,不作为考核内容。



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  • 页面置换算法

    2017-06-05 22:13:35
    操作系统页面置换算法:  目标:尽可能减少页面的调动次数。  FIFO先进先出:置换先进来的页面  LRU最近最久未使用:选择最长时间没被引用的页面  LFU最不常用:置换访问次数最少的页面 页面的频繁更换,导致...

    操作系统页面置换算法:

           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。

            目标:尽可能减少页面的调动次数。

            FIFO先进先出:置换先进来的页面

            LRU最近最久未使用:选择最长时间没被引用的页面

            LFU最不常用:置换访问次数最少的页面

    页面的频繁更换,导致整个系统效率急剧下降,这个现象称为内存抖动。

            抖动一般是内存分配算法不好,内存太小引或者程序的算法不佳引起的页面频繁从内存调入调出。

    Belady’s Anomaly: 所谓Belady现象是指:采用FIFO算法时,如果对—个进程未分配它所要求的全部页面,有时就会出现分配的页面数增多但缺页率反而提高的异常现象。因此根据定义,可知Belady’s Anomaly是内存换页算法。只有FIFO算法可能出现Belady 异常,而LRU和OPT算法永远不会出现Belady异常。

    1.最佳置换算法(OPT)(理想置换算法):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。 最佳置换算法可以用来评价其他算法。

    2.先进先出置换算法(FIFO):是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。 

    注意:内存的页面中“最老“的页面,会被新的网页直接覆盖,而不是“最老“的页面先出队,然后新的网页从队尾入队。

    3.最近最久未使用(LRU)算法:这种算法的基本思想是: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。 

    LRU算法根据各页以前的情况,是“向前看”的,而最佳置换算法则根据各页以后的使用情况,是“向后看”的。

    4. LFU(Least Frequently Used)最近最少使用算法。它是基于“如果一个数据在最近一段时间内使用次数很少,那么在将来一段时间内被使用的可能性也很小”的思路。

      注意LFU和LRU算法的不同之处,LRU的淘汰规则是基于访问时间,而LFU是基于访问次数的。举个简单的例子:

      假设缓存大小为3,数据访问序列为set(2,2),set(1,1),get(2),get(1),get(2),set(3,3),set(4,4),

      则在set(4,4)时对于LFU算法应该淘汰(3,3),而LRU应该淘汰(1,1)。

    例子: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  每种置换方式所产生的缺页数和置换数:

    OPT:发生缺页中断的次数为9,页面置换的次数为6。

    FIFO:页面置换次数为12。

    LRU:置换次数为9.




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  • 三种页面置换算法C实现

    万次阅读 多人点赞 2016-06-01 19:23:40
    此为操作系统课程相关实验内容,程序部分内容为模板内容,LRU与最佳置换算法内容为笔者原创,如果涉及版权问题,可留言联系,予以删除
    #include "stdio.h"
    
    #include "stdlib.h"

    typedef struct item
    {
        int num;        //页号
        int time;        //等待时间,LRU算法会用到这个属性
    }Pro;

    int pageNum;        //系统分配给作业的主存中的页面数
    int memoryNum;        //可用内存页面数

    void print(Pro *page1);        //打印当前主存中的页面
    int  Search(int num1, Pro *memory1);    //在页面集memory1中查找num1,如果找到,返回其在memory1中的下标,否则返回-1
    int Max(Pro *memory1);
    int optimal(int num,int tag,Pro *memory1,Pro *page1);

    int main(void)
    {
        int i;
        int curmemory;        //调入主存中的页面个数
        int missNum;        //缺页次数
        float missRate;        //缺页率
        char c;                //得到用户的输入字符,来选择相应的置换算法

        Pro *page;            //作业页面集
        Pro *memory;        //内存页面集

        printf("输入系统分配给作业的主存中的页面数:");
        scanf("%d", &pageNum);    
        printf("输入内存页面数:");
        scanf("%d", &memoryNum);
        
        page= (Pro*)malloc(sizeof(Pro)*pageNum);
        memory= (Pro*)malloc(sizeof(Pro)*memoryNum);

        for(i=0;i<pageNum;i++)
        {
            printf("第 %d 个页面号为:", i);
            scanf("%d", &page[i].num);
            page[i].time=0;            //等待时间开始默认为0
        }

        do{
            for(i=0;i<memoryNum;i++)        //初始化内存中页面
            {
                memory[i].num=-1;                //页面为空用-1表示
                memory[i].time=-1;                //
            }     

            printf("*****f:FIFO页面置换*****\n");
            printf("*****o:OPT页面置换*****\n");
            printf("*****l:LRU页面置换*****\n");
            printf("*****请选择操作类型(f,o,l),按其它键结束******\n");
            fflush(stdin);
            scanf("%c", &c);
            
            i = 0;
            curmemory = 0;

            if(c=='f')            //FIFO页面置换
            {
                missNum = 0;            

                printf("FIFO页面置换情况:   \n");
                for(i=0;i<pageNum;i++)
                {
                    if(Search(page[i].num,memory)<0)//若在主存中没有找到该页面
                    {
                        missNum ++;
                        memory[curmemory].num=page[i].num;
                        print(memory);
                        curmemory = (curmemory+1)%memoryNum;
                    }
                }//end for
                missRate = (float)missNum/pageNum;
                printf("缺页次数:%d   缺页率:  %f\n", missNum, missRate);

            }//end if

            if(c=='o')            //OPT页面置换
            {
                missNum = 0;            

                printf("OPT页面置换情况:   \n");
                for(i=0;i<pageNum;i++)
                {
                    if(Search(page[i].num,memory)<0)//若在主存中没有找到该页面
                    {
                        if(i<memoryNum)
                            curmemory = i;
                        else
                            curmemory = optimal(page[i].num,i,memory,page);
                        missNum ++;
                        memory[curmemory].num=page[i].num;
                        print(memory);
                        curmemory = (curmemory+1)%memoryNum;
                    }
                }//end for
                missRate = (float)missNum/pageNum;
                printf("缺页次数:%d   缺页率:  %.2f%%\n", missNum, missRate*100);


            }//end if

            if(c=='l')            //LRU页面置换
            {
                missNum = 0;            

                printf("LRU页面置换情况:   \n");
                for(i=0;i<pageNum;i++)
                {
                    for(int j=0;j<memoryNum;j++)
                    {
                        if(memory[j].num>=0)
                            memory[j].time++;
                    }
                    if(Search(page[i].num,memory)<0)//若在主存中没有找到该页面
                    {
                        missNum ++;
                    //    printf("%d \n",curmemory);
                        if(i<3)
                            curmemory = i;
                        else
                            curmemory = Max(memory);

                        memory[curmemory].num=page[i].num;
                        memory[curmemory].time = 0;
                        print(memory);
                        curmemory = (curmemory+1)%memoryNum;
                    }
                    else
                    {
                        curmemory = Search(page[i].num,memory);
                        memory[curmemory].time=0;
                        curmemory = (curmemory+1)%memoryNum;
                    }

                }//end for
                missRate = (float)missNum/pageNum;
                printf("缺页次数:%d   缺页率:  %.2f%%\n", missNum, missRate*100);



            }//end if

        }while(c=='f'||c=='l'||c=='o');


        return 0;
    }


    void print(Pro *memory1)//打印当前的页面
    {
        int j;

        for(j=0;j<memoryNum;j++)
            printf("%d ", memory1[j].num);
        printf("\n");
    }

    //在页面集memory1中查找num1,如果找到,返回其在memory1中的下标,否则返回-1
    int  Search(int num1,Pro *memory1  )
    {
        int j;

        for(j=0;j<memoryNum;j++)
        {
            if(num1==memory1[j].num)
                return j;            
        }
        return -1;
    }  
    int Max(Pro *memory1)
    {
        int max = 0;

        for(int k=1;k<memoryNum;k++)
        {
            if(memory1[k].time > memory1[max].time)
                max = k;
        }
        return max;
    }

    int optimal(int num,int tag,Pro *memory1,Pro *page1)
    {
        int k,j,min[100],min_k;
        for(k=0;k<memoryNum;k++)
            min[k] = 500;
        for(k=0;k<memoryNum;k++)
        {
            j = tag;
            do{
        
                j++;
                if(j>20)
                    break;
            }while(page1[j].num!=memory1[k].num);
            if(j<min[k])
            {
        
                min[k] = j;
            }
        }
        int max = 0;
        for(int t=1;t<memoryNum;t++)
        {
            if(min[t]>min[max])
                max = t;
        }
        return max;
    }

    展开全文
  • 页面置换算法 1.最佳置换算法(OPT) :选择以后永不使用或在最长时间内不再被访问的内存页面予以淘汰。 2.先进先出置换算法(FIFO):选择最先进入内存的页面予以淘汰。 3.最近最久未使用算法(LRU):选择在最近...
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  • 1.进程的调度算法都有哪些? 先来先服务(FCFS,First Come First Service) 短作业优先(SJF,shortest process next) 时间片轮转调度算法(CRR,Round Next)...2.页面的置换算法都有哪些? 最佳置换算法 先...
  • 什么是页面置换算法?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...
  • 任务调度和页面置换算法

    千次阅读 2014-09-10 10:52:09
    集中常见的页面置换算法。 1、最佳置换算法:其所选择的淘汰页面将是以后永不使用的,或是在最长时间内不再被访问的页面。采用最佳置换算法,通常可以保证获得最低的缺页率。但是人们目前还无法预知也得进程在内存...
  • 页面置换算法小总结: 1.Optimal(最佳置换算法)  最长时间内不被访问,也就是说找最后面的。 2.FIFO(先进先出算法)  按开始进入的顺序依次置换。 3.LRU(最近最久未使用算法)  向前找,三个中离着当前位置最...
  • 页面置换算法,我们最常用的页面置换算法包括FIFO先来先服务,LRU最近最久未被使用,LFU最近最少被使用以及我们的时钟置换算法。 一、FIFO算法——先来先服务 1、简述FIFO算法 FIFO算法是我们比较简单的置换算法...
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  • 进程调度算法、页面置换算法

    千次阅读 2018-06-18 22:34:12
    1、先来先服务调度算法FCFS 先到的进程先调度,执行过程不会被中断直到进程结束。 优点:易于实现,且相当公平。 缺点:比较有利于长进程,而不利于短进程,有利于CPU 繁忙的进程,而不利于I/O 繁忙的进程 2、短...
  • 页面置换算法: 磁盘调度算法: 算法核心代码: 银行家算法: package Banker; public class Banker { private int numResource = 3; private int numThread = 100; private int p = 0; // 当前处理的线程 ...
  • *页面置换算法

    千次阅读 2017-04-13 11:35:08
    FIFO是先进先出页面置换算法FCFS是先来先服务的作业调动算法,虽然道理相似,却用在不同的地方。 Belady 现象 Belady现象:在采用FIFO算法时,有时会出现的物理页面数增加,缺页率反而提高的异常现象。 Belady现象...
  • 前言最近,我偷偷潜伏...所以,我这边总结了操作系统的三大调度机制,分别是「进程调度/页面置换/磁盘调度算法」,供大家复习,希望大家在秋招能斩获自己心意的 offer。正文进程调度算法 进程调度算法也称 CPU 调度...
  • 文章目录进程调度算法空闲分区分配算法虚拟页式存储管理中的页面置换算法磁盘调度 进程调度算法 1.先进先出算法(FIFO):按照进程进入就绪队列的先后次序来选择。即每当进入进程调度,总是把就绪队列的队首进程投入...
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fcfs置换算法