opt演算法的置換率

1. 頁面置換演算法的常見的置換演算法

最簡單的頁面置換演算法是先入先出（FIFO）法。這種演算法的實質是，總是選擇在主存中停留時間最長（即最老）的一頁置換，即先進入內存的頁，先退出內存。理由是：最早調入內存的頁，其不再被使用的可能性比剛調入內存的可能性大。建立一個FIFO隊列，收容所有在內存中的頁。被置換頁面總是在隊列頭上進行。當一個頁面被放入內存時，就把它插在隊尾上。
這種演算法只是在按線性順序訪問地址空間 時才是理想的，否則效率不高。因為那些常被訪問的頁，往往在主存中也停留得最久，結果它們因變「老」而不得不被置換出去。
FIFO的另一個缺點是，它有一種異常現象，即在增加存儲塊的情況下，反而使缺頁中斷率增加了。當然，導致這種異常現象的頁面走向實際上是很少見的。
FIFO演算法和OPT演算法之間的主要差別是，FIFO演算法利用頁面進入內存後的時間長短作為置換依據，而OPT演算法的依據是將來使用頁面的時間。如果以最近的過去作為不久將來的近似，那麼就可以把過去最長一段時間里不曾被使用的頁面置換掉。它的實質是，當需要置換一頁時，選擇在之前一段時間里最久沒有使用過的頁面予以置換。這種演算法就稱為最久未使用演算法（Least Recently Used，LRU）。
LRU演算法是與每個頁面最後使用的時間有關的。當必須置換一個頁面時，LRU演算法選擇過去一段時間里最久未被使用的頁面。
LRU演算法是經常採用的頁面置換演算法，並被認為是相當好的，但是存在如何實現它的問題。LRU演算法需要實際硬體的支持。其問題是怎麼確定最後使用時間的順序，對此有兩種可行的辦法：
1.計數器。最簡單的情況是使每個頁表項對應一個使用時間欄位，並給CPU增加一個邏輯時鍾或計數器。每次存儲訪問，該時鍾都加1。每當訪問一個頁面時，時鍾寄存器的內容就被復制到相應頁表項的使用時間欄位中。這樣我們就可以始終保留著每個頁面最後訪問的「時間」。在置換頁面時，選擇該時間值最小的頁面。這樣做， 不僅要查頁表，而且當頁表改變時（因CPU調度）要 維護這個頁表中的時間，還要考慮到時鍾值溢出的問題。
2.棧。用一個棧保留頁號。每當訪問一個頁面時，就把它從棧中取出放在棧頂上。這樣一來，棧頂總是放有目前使用最多的頁，而棧底放著目前最少使用的頁。由於要從棧的中間移走一項，所以要用具有頭尾指針的雙向鏈連起來。在最壞的情況下，移走一頁並把它放在棧頂上需要改動6個指針。每次修改都要有開銷，但需要置換哪個頁面卻可直接得到，用不著查找，因為尾指針指向棧底，其中有被置換頁。
因實現LRU演算法必須有大量硬體支持，還需要一定的軟體開銷。所以實際實現的都是一種簡單有效的LRU近似演算法。
一種LRU近似演算法是最近未使用演算法（Not Recently Used，NUR）。它在存儲分塊表的每一表項中增加一個引用位，操作系統定期地將它們置為0。當某一頁被訪問時，由硬體將該位置1。過一段時間後，通過檢查這些位可以確定哪些頁使用過，哪些頁自上次置0後還未使用過。就可把該位是0的頁淘汰出去，因為在之前最近一段時間里它未被訪問過。
4）Clock置換演算法（LRU演算法的近似實現）
5）最少使用（LFU）置換演算法
在採用最少使用置換演算法時，應為在內存中的每個頁面設置一個移位寄存器，用來記錄該頁面被訪問的頻率。該置換演算法選擇在之前時期使用最少的頁面作為淘汰頁。由於存儲器具有較高的訪問速度，例如100 ns，在1 ms時間內可能對某頁面連續訪 問成千上萬次，因此，通常不能直接利用計數器來記錄某頁被訪問的次數，而是採用移位寄存器方式。每次訪問某頁時，便將該移位寄存器的最高位置1，再每隔一定時間(例如100 ns)右移一次。這樣，在最近一段時間使用最少的頁面將是∑Ri最小的頁。
LFU置換演算法的頁面訪問圖與LRU置換演算法的訪問圖完全相同；或者說，利用這樣一套硬體既可實現LRU演算法，又可實現LFU演算法。應該指出，LFU演算法並不能真正反映出頁面的使用情況，因為在每一時間間隔內，只是用寄存器的一位來記錄頁的使用情況，因此，訪問一次和訪問10 000次是等效的。
6）工作集演算法
7）工作集時鍾演算法
8）老化演算法（非常類似LRU的有效演算法）
9）NRU(最近未使用）演算法
10）第二次機會演算法
第二次機會演算法的基本思想是與FIFO相同的，但是有所改進，避免把經常使用的頁面置換出去。當選擇置換頁面時，檢查它的訪問位。如果是 0，就淘汰這頁；如果訪問位是1，就給它第二次機會，並選擇下一個FIFO頁面。當一個頁面得到第二次機會時，它的訪問位就清為0，它的到達時間就置為當前時間。如果該頁在此期間被訪問過，則訪問位置1。這樣給了第二次機會的頁面將不被淘汰，直至所有其他頁面被淘汰過（或者也給了第二次機會）。因此，如果一個頁面經常使用，它的訪問位總保持為1，它就從來不會被淘汰出去。
第二次機會演算法可視為一個環形隊列。用一個指針指示哪一頁是下面要淘汰的。當需要一個 存儲塊時，指針就前進，直至找到訪問位是0的頁。隨著指針的前進，把訪問位就清為0。在最壞的情況下，所有的訪問位都是1，指針要通過整個隊列一周，每個頁都給第二次機會。這時就退化成FIFO演算法了。

2. 分別用FIFO/LRU/OPT頁面置換演算法求頁面置換過程及缺頁率

3. c語言編寫頁面置換演算法

//熬夜弄出來的，記得加分哦
#include<stdio.h>
void Print(int bc[],int blockCount)
{
for(int i=0;i<blockCount;i++)
{
printf("%d ",bc[i]);
}
printf("\n");
}

bool Travel(int bc[],int blockCount,int x)
{
bool is_found=false;
int i;
for(i=0;i<blockCount;i++)
{
if(bc[i]==x)
{
is_found=true;
break;
}
}
return is_found;
}

void FIFO(int pc[],int bc[],int pageCount,int blockCount)
{
printf("0：FIFO置換演算法\n");
int i;
if(pageCount<=blockCount)
{
printf("缺頁次數為0\n");
printf("缺頁率為0\n");
}
else
{
int noPage=0;
int p=0;
for(i=0;i<pageCount;i++)
{

//printf("引用頁：%d\n",pc[i]);
if(!Travel(bc,blockCount,pc[i]))
{
if(i<blockCount)
{
bc[i]=pc[i];
}
else
{
if(p==blockCount)
{
p=0;
}
bc[p]=pc[i];
p++;

}
noPage++;
//printf("物理塊情況：\n");
//Print(bc,blockCount);
}
//printf("\n");
}
printf("FIFO缺頁次數為:%d\n",noPage);
printf("FIFO缺頁率為:%.2f%%\n",(float)noPage/pageCount*100);
}
}

int FoundMaxNum(int a[],int n)
{
int k,j;
k=a[0];
j=0;
for (int i=0;i<n;i++)
{
if(a[i]>=k)
{
k=a[i];
j=i;
}
}
return j;
}

void LRU(int pc[],int bc[],int pageCount,int blockCount)
{
printf("1：LRU置換演算法\n");
if(pageCount<=blockCount)
{
printf("缺頁次數為0\n");
printf("缺頁率為0\n");
}
else
{
int noPage=0;
int i,j,m;
int bc1[100];
for(i=0;i<blockCount;i++)
{
bc1[i]=0;
}
for(i=0;i<pageCount;i++)
{
// printf("引用頁：%d\n",pc[i]);
if(!Travel(bc,blockCount,pc[i]))
{
if(i<blockCount)
{
bc[i]=pc[i];
for(int p=0;p<=i;p++)
{
bc1[p]++;
}
}
else
{
for(j=0;j<blockCount;j++)
{
bc1[j]++;
}
int k=FoundMaxNum(bc1,blockCount);
bc[k]=pc[i];
bc1[k]=1;

}
noPage++;
//printf("物理快情況：\n");
//Print(bc,blockCount);
}
else if(Travel(bc,blockCount,pc[i]))
{
if(i<blockCount)
{
for(j=0;j<=i;j++)
{
bc1[j]++;
}
for(m=0;m<=i;m++)
{
if(bc[m]==pc[i])
{
break;
}
}
bc1[m]=1;
bc[m]=pc[i];

}
else
{
for(j=0;j<blockCount;j++)
{
bc1[j]++;
}
for(m=0;m<blockCount;m++)
{
if(bc[m]==pc[i])
{
break;
}
}
bc1[m]=1;
bc[m]=pc[i];
}
}
//printf("\n");
}
printf("LRU缺頁次數為:%d\n",noPage);
printf("LRU缺頁率為:%.2f%%\n",(float)noPage/pageCount*100);
}
}

void Optiomal(int pc[],int bc[],int pageCount,int blockCount)
{
printf("2：最佳置換演算法\n");
if(pageCount<=blockCount)
{
printf("缺頁次數為0\n");
printf("缺頁率為0\n");
}
else
{
int noPage=0;
int i,j,k;
for(i=0;i<pageCount;i++)
{
// printf("引用頁：%d\n",pc[i]);
if(!Travel(bc,blockCount,pc[i]))
{
if(i<blockCount)
{
bc[i]=pc[i];
}
else
{
int max=0;
int blockIndex;;
for(j=0;j<blockCount;j++)
{
for(k=i;k<pageCount;k++)
{
if(bc[j]==pc[k])
{
break;
}
}
if(k>=max)
{
max=k;
blockIndex=j;
}
}
bc[blockIndex]=pc[i];

}
noPage++;
//printf("物理快情況：\n");
//Print(bc,blockCount);
}
//printf("\n");
}
printf("OPT缺頁次數為:%d\n",noPage);
printf("OPT缺頁率為:%.2f%%\n",(float)noPage/pageCount*100);
}
}

int main()
{
int pageCount,blockCount,i,pc[100];
printf("輸入頁面數\n");
scanf("%d",&pageCount);
printf("輸入頁面走向\n");
for(i=0;i<pageCount;i++)
{
scanf("%d",&pc[i]);
}
blockCount=3;//物理塊數
int bc1[100];
printf("\n");
FIFO(pc,bc1,pageCount,blockCount);
int bc2[100];
printf("\n");
LRU(pc,bc2,pageCount,blockCount);
int bc3[100];
printf("\n");
Optiomal(pc,bc3,pageCount,blockCount);
return 0;
}

4. 請分別給出三種不同的頁面置換演算法,並簡要說明他們的優缺點

[fifo.rar]
-
操作系統中內存頁面的先進先出的替換演算法fifo
[先進先出頁面演算法程序.rar]
-
分別實現最佳置換演算法(optimal)、先進先出(fifo)頁面置換演算法和最近最久未使用（LRU）置換演算法，並給出各演算法缺頁次數和缺頁率。
[0022.rar]
-
模擬分頁式虛擬存儲管理中硬體的地址轉換和缺頁中斷，以及選擇頁面調度演算法處理缺頁中斷
[Change.rar]
-
用java實現操作系統的頁面置換
其中包括
最佳置換演算法(Optimal)、先進先出演算法（First-in,
First-out）
、最近最久不用的頁面置換演算法（LeastRecently
Used
Replacement）三種演算法的實現
[M_Management.rar]
-
操作系統中內存管理頁面置換演算法的模擬程序，採用的是LRU置換演算法
[detail_of_44b0x_TCPIP.rar]
-
TCPIP
程序包載入到44b0x
的ADS1.2工程文件的說明書。說名了載入過程的細節和如何處理演示程序和代碼。演示代碼已經上傳，大家可以搜索
[.rar]
-
java操作系統頁面置換演算法：
（1）進先出的演算法（fifo）
（2）最近最少使用的演算法（LRU）
（3）最佳淘汰演算法(OPT)
（4）最少訪問頁面演算法(LFU)
（註：由本人改成改進型Clock演算法）
（5）最近最不經常使用演算法(NUR)

5. 最佳置換演算法最後一個怎麼辦

最佳置換演算法(OPT)(理想置換演算法):從主存中移出永遠不再需要的頁面;如無這樣的頁面存在,則選擇最長時間不需要訪問的頁面。於所選擇的被淘汰頁面將是以後永不使用的,或者是在最長時間內不再被訪問的頁面,這樣可以保證獲得最低的缺頁率。 最佳置換演算法可以用來評價其他演算法。