1. 計算機操作系統頁面置換演算法的問題
第二次機會演算法：
與FIFO、OPT、LRU、NRU等同為操作系統中請求分頁式管理方式的頁面置換演算法。
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，依然和FIFO一樣，選擇最早置入內存的頁面。但是二次機會法還設置了一個訪問狀態位。所以還要檢查頁面的的訪問位。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，則訪問位置為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。
2. 操作系統的主要演算法都有哪些
一、進程(作業)調度演算法
l 先來先服務調度演算法（FCFS）：每次調度是從就緒隊列中，選擇一個最先進入就緒隊列的進程，把處理器分配給該進程，使之得到執行。該進程一旦佔有了處理器，它就一直運行下去，直到該進程完成或因發生事件而阻塞，才退出處理器。特點：利於長進程，而不利於短進程。
l 短進程（作業）優先調度演算法(SPF)：它是從就緒隊列中選擇一個估計運行時間最短的進程，將處理器分配給該進程，使之佔有處理器並執行，直到該進程完成或因發生事件而阻塞，然後退出處理器，再重新調度。
l 時間片輪轉調度演算法 ：系統將所有的就緒進程按進入就緒隊列的先後次序排列。每次調度時把CPU分配給隊首進程，讓其執行一個時間片，當時間片用完，由計時器發出時鍾中斷，調度程序則暫停該進程的執行，使其退出處理器，並將它送到就緒隊列的末尾，等待下一輪調度執行。
l 優先數調度演算法 ：它是從就緒隊列中選擇一個優先權最高的進程，讓其獲得處理器並執行。
l 響應比高者優先調度演算法：它是從就緒隊列中選擇一個響應比最高的進程，讓其獲得處理器執行，直到該進程完成或因等待事件而退出處理器為止。特點：既照顧了短進程，又考慮了進程到達的先後次序，也不會使長進程長期得不到服務，因此是一個比較全面考慮的演算法，但每次進行調度時，都需要對各個進程計算響應比。所以系統開銷很大，比較復雜。
l 多級隊列調度演算法
基本概念：
作業周轉時間（Ti）＝完成時間(Tei)－提交時間(Tsi)
作業平均周轉時間(T)＝周轉時間/作業個數
作業帶權周轉時間（Wi）＝周轉時間/運行時間
響應比＝（等待時間＋運行時間）/運行時間
二、存儲器連續分配方式中分區分配演算法
n 首次適應分配演算法（FF）：對空閑分區表記錄的要求是按地址遞增的順序排列的，每次分配時，總是從第1條記錄開始順序查找空閑分區表，找到第一個能滿足作業長度要求的空閑區，分割這個空閑區，一部分分配給作業，另一部分仍為空閑區。
n 循環首次適應演算法：每次分配均從上次分配的位置之後開始查找。
n 最佳適應分配演算法(BF)：是按作業要求從所有的空閑分區中挑選一個能滿足作業要求的最小空閑區，這樣可保證不去分割一個更大的區域，使裝入大作業時比較容易得到滿足。為實現這種演算法，把空閑區按長度遞增次序登記在空閑區表中，分配時，順序查找。
三、頁面置換演算法
l 最佳置換演算法（OPT) ：選擇以後永不使用或在最長時間內不再被訪問的內存頁面予以淘汰。
l 先進先出置換演算法（FIFO）：選擇最先進入內存的頁面予以淘汰。
l 最近最久未使用演算法（LRU）：選擇在最近一段時間內最久沒有使用過的頁，把它淘汰。
l 最少使用演算法（LFU）：選擇到當前時間為止被訪問次數最少的頁轉換。
四、磁碟調度
n 先來先服務（FCFS）：是按請求訪問者的先後次序啟動磁碟驅動器，而不考慮它們要訪問的物理位置
n 最短尋道時間優先（SSTF）：讓離當前磁軌最近的請求訪問者啟動磁碟驅動器，即是讓查找時間最短的那個作業先執行，而不考慮請求訪問者到來的先後次序，這樣就克服了先來先服務調度演算法中磁臂移動過大的問題
n 掃描演算法（SCAN）或電梯調度演算法：總是從磁臂當前位置開始，沿磁臂的移動方向去選擇離當前磁臂最近的那個柱面的訪問者。如果沿磁臂的方向無請求訪問時，就改變磁臂的移動方向。在這種調度方法下磁臂的移動類似於電梯的調度，所以它也稱為電梯調度演算法。
n 循環掃描演算法（CSCAN）：循環掃描調度演算法是在掃描演算法的基礎上改進的。磁臂改為單項移動，由外向里。當前位置開始沿磁臂的移動方向去選擇離當前磁臂最近的哪個柱面的訪問者。如果沿磁臂的方向無請求訪問時，再回到最外，訪問柱面號最小的作業請求。
3. 操作系統中什麼是分頁過程
3．請求分頁系統(1)請求分頁對頁表的擴充
在請求分頁系統中所使用的主要數據結構仍然是頁表。它對頁式系統中的頁表機制進行了擴充但其基本作用是實現由用戶地址空間到物理內存空間的映射。由於只將應用程序的一部分裝入內存，還有一部分仍在磁碟上，故需在頁表中增加若干項，供操作系統實現虛擬存儲器功能時參考。常見的系統中，一般對頁表的表項進行如下擴充：除了頁號對應的物理塊號，還增加了狀態位、修改位、外存地址和訪問欄位等。
·狀態位，用於指示該頁是否已經調入了內存。該位一般由操作系統軟體來管理，每當操作系統把一頁調人物理內存中時，置位。相反，當操作系統把該頁從物理內存調出時，復位。CPU對內存進行引用時，根據該位判斷要訪問的頁是否在內存中，若不在內存之中，則產生缺頁中斷。
·修改位，表示該頁調入內存後是否被修改過。當CPU以寫的方式訪問頁面時，對該頁表項中的修改位置位。該位也可由操作系統軟體來修改，例如，當操作系統將修改過頁面保存在磁碟上後，可將該位復位。
·外存地址，用於指出該頁在外存上的地址，供調人該頁時使用。
·訪問宇段，用於記錄本頁在一定時間內被訪問的次數，或最近已經有多長時間未被訪問。提供給相應的置換演算法在選擇換出頁面時參考。
(2)對缺頁中斷的支持
在請求分頁系統中，CPU硬體一定要提供對缺頁中斷的支持，根據頁表項中的狀態位判斷是否產生缺頁中斷。缺頁中斷是一個比較特殊的中斷，這主要體現在如下兩點：
·在指令的執行期間產生和處理缺頁信號。通常的CPU外部中斷，是在每條指令執行完畢後檢查是否有中斷請求到達。而缺頁中斷，是在一條指令的執行期間，發現要訪問的指令和數據不在內存時產生和處理的。
·一條指令可以產生多個缺頁中斷。例如，一條雙操作數的指令，每個操作數都不在內存中，這條指令執行時，將產生兩個中斷。CPU提供的硬體支持，還要體現在當從中斷處理程序返回時，能夠正確執行產生缺頁中斷的指令。
(3)頁面調度策略
虛擬存儲器系統通常定義三種策略來規定如何(或何時)進行頁面調度：調入策略、置頁策略和置換策略。
(4)置換演算法(replacementalgorithm)決定在需要調入頁面時，選擇內存中哪個物理頁面被置換。置換演算法的出發點應該是，把未來不再使用的或短期內較少使用的頁面調出。而未來的實際情況是不確定的，通常只能在局部性原理指導下依據過去的統計數據進行預測。常用的演算法有以下幾種：
·最佳演算法(optimal，OPT)。選擇「未來不再使用的」或「在離當前最遠位置上出現的」頁面被置換。這是一種理想情況，是實際執行中無法預知的，因而不能實現，只能用作性能評價的依據。
·最近最久未使用演算法(LeastRecentlyUsed，LRU)。選擇內存中最久未使用的頁面被置換，這是局部性原理的合理近似，性能接近最佳演算法。但由於需要記錄頁面使用時間的先後關系，硬體開銷太大。LRU可用如下的硬體機構幫助實現：
一個特殊的棧：把被訪問的頁面移到棧頂，於是棧底的是最久未使用頁面。每個頁面設立移位寄存器：被訪問時左邊最高位置1，定期右移並且最高位補0，於是寄存器數值最小的是最久未使用頁面。
·先進先出演算法(FIFO)。選擇裝入最早的頁面置換。可以通過鏈表來表示各頁的裝入時間先後。FIFO的性能較差，因為較早調入的頁往往是經常被訪問的頁，這些頁在FIFO演算法下被反復調入和調出，並且有Belady現象。所謂Belady現象是指：採用FIFO演算法時，如果對—個進程未分配它所要求的全部頁面，有時就會出現分配的頁面數增多但缺頁率反而提高的異常現象。Belady現象可形式化地描述為：一個進程戶要訪問M個頁，OS分配艫個內存頁面給進程P；對一個訪問序列S，發生缺頁次數為PE(占，N)。當N增大時，PE(S，N)時而增大時而減小。Belady現象的原因是FIFO演算法的置換特徵與進程訪問內存的動態特徵是矛盾的，即被置換的頁面並不是進程不會訪問的。
·時鍾(clock)演算法。也稱最近未使用演算法(NotRecentlyUsed，NRU)，它是LRU和FIFO的折中。每頁有一個使用標志位(usebit)，若該頁被訪問則置userbit=l，這是由CPU的硬體自動完成的。置換時採用一個指針，從當前指針位置開始按地址先後檢查各頁，尋找usebit=0的面作為被置換頁。指針經過的userbit=l的頁都修改userbit=O，這個修改的過程是操作系統完成的，最後指針停留在被置換頁的下一個頁。
·最不常用演算法(LeastFrequentlyUsed，LFU)。選擇到當前時間為止被訪問次數最少的頁面被置換。每頁設置訪問計數器，每當頁面被訪問時，該頁面的訪問計數器加1。發生缺頁中斷時，淘汰計數值最小的頁面，並將所有計數清零。
·頁面緩沖演算法(pagebuffering)。它是對FIFO演算法的發展，通過建立置換頁面的緩沖，這樣就有機會找回剛被置換的頁面，從而減少系統I／0的開銷。頁面緩沖演算法用FIFO演算法選擇被置換頁，把被置換的頁面放人兩個鏈表之一。即是如果頁面未被修改，就將其歸人到空閑頁面鏈表的末尾，否則將其歸人到已修改頁面鏈表。空閑頁面和已修改頁面，仍停留在內存中一段時間，如果這些頁面被再次訪問，只需較小開銷，被訪問的頁面就可以返還作為進程的內存頁。需要調入新的物理頁面時，將新頁面內容讀人到空閑頁面鏈表的第一項所指的頁面，然後將第一項刪除。當已修改頁面達到一定數目後，再將它們一起調出到外存，然後將它們歸人空閑頁面鏈表。這樣能大大減少I／O操作的次數。
4. 操作系統原理與應用之 頁面調度演算法問題
FIFO：即先進先出演算法，就是先進去的頁在位置不夠時先淘汰。所以具體如下：
主存開始為空
訪問1，1不在主存中，產生缺頁中斷，添加，主存里現在是：1
訪問2，2不在主存中，產生缺頁中斷，添加，主存里現在是：1,2
以此類推，
1,2,3（缺頁中斷）
1,2,3,6（缺頁中斷）
訪問4，4不在主存中，缺頁中斷，主存滿了，最早的1淘汰，主存里現在是：2,3,6,4
然後3,6,4,7（缺頁中斷，2淘汰）
然後3，3在主存中，不產生中斷
然後6,4,7,2（缺頁中斷，3淘汰）
4,7,2,1（缺頁中斷，6淘汰）
4在主存中，不中斷
7在主存中，不中斷
7,2,1,5（缺頁中斷，4淘汰）
2,1,5,6（缺頁中斷，7淘汰）
5在主存中，不中斷
2在主存中，不中斷
1在主存中，不中斷
整個FIFO過程就是這樣。
LRU是最近最久未使用的先淘汰，具體如下：
1（缺頁中斷）
1,2（缺頁中斷）
1,2,3（缺頁中斷）
1,2,3,6（缺頁中斷）
2,3,6,4（缺頁中斷，1最久沒用過，淘汰）
3,6,4,7（缺頁中斷，2最久沒用過，淘汰）
3在主存中，不中斷，3最近使用過，主存中順序調整為6,4,7,3
4,7,3,2（缺頁中斷，6最久沒用過，淘汰）
7,3,2,1（缺頁中斷，4最久沒用過，淘汰）
3,2,1,4（缺頁中斷，7最久沒用過，淘汰）
2,1,4,7（缺頁中斷，3最久沒用過，淘汰）
1,4,7,5（缺頁中斷，2最久沒用過，淘汰）
4,7,5,6（缺頁中斷，1最久沒用過，淘汰）
5在主存中，調整順序為4,7,6,5
7,6,5,2（缺頁中斷，4最久沒用過，淘汰）
6,5,2,1（缺頁中斷，7最久沒用過，淘汰）
整個LRU過程就是這樣。
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