内存管理学习之页面置换算法

在将页面算法置换算法之前，首先需要了解系统如何分配给每个进程内存空间，即为每个进程分配多少个页框驻留进程。分配到的页框称为驻留集。

有两种方法：固定驻留策略和动态驻留策略。

固定驻留策略指为每个进程分配固定的页框数，不能增减，也不能使用别的进程的空间

动态驻留策略指在进程活跃期间，系统可以根据进程的缺页率进行动态调整，进程的页框数可以增减。

这样就有两个问题：页框置换的范围，如何选择置换出内存的页框。

页框置换有局部置换和全局置换，局部置换仅限于本进程的空间中，全局置换则允许置换别的进程中的页框。

固定驻留策略必然导致局部置换，而全局置换必须使用动态驻留策略。

第一个问题解决，第二个问题则涉及到置换算法，坏的置换算法可能导致抖动，所谓抖动就是指一个经常使用的页面被经常调入和调出，导致系统效率低下。

置换算法有：最佳置换算法OPT、FIFO置换算法、最少使用页面置换算法、最近未使用页面置换算法、时钟页面置换算法等

OPT算法是理论算法，它将不再使用的页面换出，而实际中不能预知哪个页面不再使用，但是这个算法是最优算法，可以作为评测其他算法的性能。

FIFO算法：按照页面装进内存的时间进行置换，越老的页面最先被换出，不管该页面是否经常使用，这样就有可能导致缺页率增加，导致页面置换次数增加。

最少使用页面置换算法：按照上次使用时间进行排序，将离上次使用时间最长的页面换出，可以采用栈的数据结构，每次页面被访问将该页面号放在栈顶。

最近未使用页面置换算法：设置引用位R，每次调用将R=1，系统每个一段时间将R=0，当进行置换式检查哪个页面为零说明近期不会再使用，可以将其换出。

时钟页面置换算法：采用应用为R，当R=1说明被引用过，这种方法是FIFO的改进，根据装入内存时间和是否被引用过作为标准，首先从时间最长项检查，若R=0则置换出，若为1则检查下一项并将R=0。若全部R=1，则按照FIFO方法进行置换。

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选择好置换的页面后，如何进行置换呢？

首先判断被置换的页面是否被修改过，若没有则可以直接擦出该页框，如修改过则必须首先保存到外存中，然后再读入新页面。

页面缓冲技术：不必先保存，因为每次都保存一个页面增加了IO操作，消耗过大。

缓冲技术可以将被修改过和未修改过的页面存在缓冲区，然后对被修改过的页面进行批量保存，减少了IO操作。未修改的页面进行缓冲是为了防止在近期内被调用，不必再从外存调入内存，若在一段时间内不被调用则批量消除。