第三章内存管理十三、页面置换算法（最佳置换算法、先进先出置换算法、最近最久未使用置换算法、时钟置换算法、改进型的时钟置换算法）

一、定义

二、分类

1、最佳置换算法 / 最远置换算法（OPT，Optimal):

1.1、定义：

1.2、例子：

2、先进先出置换算法(FIFO）:

2.1、定义：

2.2、实现方法：

2.3、例子：

3、最近最久未使用置换算法（LRU，least recently used):

3.1、定义：

3.2、实现方法：

3.3、例子：

4、时钟置换算法是一种性能和开销较均衡的算法，又称CLOCK算法，或最近未用算法（NRU，NotRecently Used)

4.1、简单的CLOCK算法实现方法:

4.2、例子：

5、改进型的时钟置换算法

5.1、实现方式

三、总结

一、定义

页面置换算法是指在操作系统中，当需要调入一个页面时，若所有的物理页面已被占用，则需要选择一个页面进行置换。页面置换算法是解决内存不足的问题，从而实现更多程序同时运行的重要手段之一。

二、分类

1、最佳置换算法 / 最远置换算法（OPT，Optimal):

1.1、定义：

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。

1.2、例子：

（1）在上例中，首先依次访问页面，并将页面放入内存块中，直到内存块装满。

（2）装满后，接下来要访问的是2号页面；

（3）根据OPT算法规则，我们依次往后查看要访问的页面，发现在0，1，7三个页面中，页面7是最远会被访问的。

（4）所以，我们就会将内存块中的7页面淘汰，替换为页面2装入。

（5）依此类推，整个过程缺页中断发生了9次，页面置换发生了6次.（前3次没有发生页面置换）

缺页率：缺页次数 / 总的访问次数

注意：缺页时未必发生页面置换。若还有可用的空闲内存块，就不用进行页面置换。

2、先进先出置换算法(FIFO）:

2.1、定义：

每次选择淘汰的页面是最早进入内存的页面

2.2、实现方法：

把调入内存的页面根据调入的先后顺序排成一个队列，需要换出页面时选择队头页面即可。

队列的最大长度取决于系统为进程分配了多少个内存块。

2.3、例子：

（1）在上例中，首先依次访问页面，并将页面放入内存块中，直到内存块装满。

（2）下一个访问的是页面0，此时就要把最早进来的页面3淘汰。

（3）替换为页面0.

3、最近最久未使用置换算法（LRU，least recently used):

3.1、定义：

每次淘汰的页面是最近最久未使用的页面

3.2、实现方法：

赋予每个页面对应的页表项中，用访问字段记录该页面自上次被访问以来所经历的时间t。

当需要淘汰一个页面时，选择现有页面中t值最大的，即最近最久未使用的页面。

3.3、例子：

（1）在上例中，首先依次访问页面，并将页面放入内存块中，直到内存块装满。

（2）一直访问，直到访问到页面3时。

（3）在此之前，我们依次访问过了7，2，1，8，所以7是最久没有被访问的。

（4）所以将7替换为3.

4、时钟置换算法是一种性能和开销较均衡的算法，又称CLOCK算法，或最近未用算法（NRU，NotRecently Used)

4.1、简单的CLOCK算法实现方法:

为每个页面设置一个访问位，再将内存中的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，其访问位置为1。当需要淘汰一个页面时，只需检查页的访问位。
如果是0，就选择该页换出;如果是1，则将它置为0，暂不换出，继续检查下一个页面，若第一轮扫描中所有页面都是1，则将这些页面的访问位依次置为O后，再进行第二轮扫描（第二轮扫描中一定会有访问位为0的页面，因此简单的CLOCK算法选择一个淘汰页面最多会经过两轮扫描)