缓存置换算法

缓存置换算法

 

缓存置换算法

 

操作系统本质上是一个多级缓存系统，从cpu寄存器，cpu一级缓存，cpu二级缓存，cpu三级缓存，主内存，硬盘，从右到左访问效率依次提升。如何在有限的资源内处理无限的数据？最理想的情况是置换出未来短期内不会被再次访问的数据，但是我们无法预知未来，所以只能从数据在过去的访问情况中寻找规律进行置换。

 

LRU

 

LRU全称是Least Recently Used，即最近最久未使用算法。其基于如果一个数据在最近一段时间没有被访问到，那么在将来它被访问的可能性也很小的思路，也就是说优先删除掉在过去一段时间内没有被访问的数据。

 

利用双向链表记录数据顺序，hashmap查询数据；

• 插入/更新：首先判断是否已经存在key。如果已经存在该key，则重置成当前的value并且将该key移动到链表的头部；如果不存在则创建一个新节点，同样将其该key移动到链表的头部并且设置hashmap的映射。如果缓存满了，则将之前最老的元素删除。
• 查询：如果从缓存中获取到对应的key，则返回对应的数据并且将该key移动到链表的头部；
• 删除：由于链表从头到尾保持最新到最旧的顺序，因此删除链表尾部即可；

 

 

LFU

 

LFU全称是Least Frequently Used，即最近最少使用算法。其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，也就是说删除在过去一段时间内使用次数很少的数据；

 

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。

 

同样利用双向链表记录数据顺序，hashmap查询数据（存储的节点还需要维护访问次数）

• 插入/更新：首先判断是否已经存在key。如果已经存在该key，则重置成当前的value并且将访问频率+1，接着和链表中该节点的前置节点比较，是否需要调换位置；如果不存在则创建一个新节点，同样将其该key加入到链表的尾部并且设置hashmap的映射。如果缓存满了，则将之前最老的元素删除。
• 查询：如果从缓存中获取到对应的key，则返回对应的数据并且将访问频率+1，接着和链表中该节点的前置节点比较，是否需要调换位置；
• 删除：由于链表从头到尾保持最新到最旧的顺序，因此删除链表尾部即可；

 

 

FIFO

 

FIFO全称是First in First out，即先进先出算法。其基于如果一个数据最先进入缓存中，则应该最早淘汰掉的思路，也就是说优先删除掉最先保存到链表中的数据；

 

利用双向链表记录数据顺序，hashmap查询数据；

• 插入/更新：首先判断是否已经存在key。如果已经存在该key，则重置成当前的value；如果不存在则创建一个新节点，同样将其该key移动到链表的尾部并且设置hashmap的映射。如果缓存满了，则将之前最先进入缓存的元素删除。
• 查询：如果从缓存中获取到对应的key，则返回对应的数据，不会在链表中移动key的顺序；
• 删除：由于链表从头到尾保持最旧到最新的顺序，因此删除链表头部即可；