寫在前面：最近碰到作業系統中關於頁面置換的一些問題，與此同時學習redis的過程中發現它的記憶體淘汰機制有些相似，在此一併記錄下來。

首先是作業系統中的頁面替換演算法

最佳置換演算法(OPT)

這是一種理想情況下的頁面置換演算法，但實際上是不可能實現的。該演算法所選擇淘汰的頁面為後面永遠不會使用到的頁面或者是最長時間內不會使用的頁面。但由於我們無法預知接下來執行的過程中哪些頁面不會被訪問到，所以這個演算法無法實現，但是最佳頁面置換演算法可以用於對可實現演算法的效能進行衡量比較。

先進先出置換演算法(FIFO)

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，即先進入記憶體的頁，先退出記憶體。理由是：最早調入記憶體的頁，其不再被使用的可能性比剛調入記憶體的可能性大。建立一個FIFO佇列，收容所有在記憶體中的頁。被置換頁面總是在佇列頭上進行。當一個頁面被放入記憶體時，就把它插在隊尾上。
FIFO的一個缺點是，它有一種異常現象，即在增加儲存塊的情況下，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。這種現象又叫Belady異常。

最近最久未使用演算法(LRU)

選擇最近最長時間未訪問過的頁面予以淘汰，該演算法認為過去一段時間內未訪問過的頁面，在最近的將來可能也不會被訪問。該演算法為每個頁面設定一個訪問欄位，來記錄頁面自上次被訪問以來所經歷的時間，淘汰頁面時選擇現有頁面中值最大的予以淘汰。
因實現LRU演算法必須有大量硬體支援，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）。它在儲存分塊表的每一表項中增加一個引用位，作業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裡它未被訪問過。

最少使用演算法(LFU)

該演算法首先淘汰一段時間內使用次數最少的頁面，注意和LRU的區別，LRU是淘汰最長時間沒使用的在採用最少使用置換演算法時，應為在記憶體中的每個頁面設定一個移位暫存器，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。

Clock演算法

LRU演算法的近似實現

redis記憶體淘汰機制

redis作為其獨特之處就在於它將資料放在記憶體中，大大提升了速度。但同時也帶來這樣一個問題，往往記憶體的大小有限，當記憶體剩餘空間不足以繼續新增資料時redis 內就會施行資料淘汰策略，清除一部分內容然後保證新的資料可以儲存到記憶體中。
記憶體淘汰機制是為了更好的使用記憶體，用一定得miss來換取記憶體的利用率，保證redis快取中儲存的都是熱點資料。

要實行淘汰機制首先對redis進行相關配置。
我們可以通過配置redis.conf中的maxmemory這個值來開啟記憶體淘汰功能(該引數預設值為0即不設定記憶體上限)，設定後當記憶體超出設定值後就會執行淘汰機制。
通過指定maxmemory-policy noeviction選項人為配置淘汰策略，淘汰策略主要有以下幾種。

1. voltile-lru：從已設定過期時間的資料集中挑選最近最少使用的資料淘汰
2. volatile-ttl：從已設定過期時間的資料集中挑選將要過期的資料淘汰
3. volatile-random：從已設定過期時間的資料集中任意選擇資料淘汰
4. allkeys-lru：從主資料集中挑選最近最少使用的資料淘汰
5. allkeys-random：從主資料集中任意選擇資料淘汰
6. no-enviction：達到閾值後所有再申請記憶體的指令都不被允許

注：假設我們有一批鍵儲存在Redis中，則有那麼一個雜湊表用於儲存這批鍵及其值，如果這批鍵中有一部分設定了過期時間，那麼這批鍵還會被儲存到另外一個雜湊表中，這個雜湊表中的值對應的是鍵被設定的過期時間。設定了過期時間的資料集為主主資料集的子集。

各策略適用場景

• 如果我們的應用對快取的訪問符合冪律分佈（也就是存在相對熱點資料），或者我們不太清楚我們應用的快取訪問分佈狀況，我們可以選擇allkeys-lru策略。

• 如果我們的應用對於快取key的訪問概率相等，則可以使用allkeys-random這個策略。

• volatile-lru策略和volatile-random策略適合我們將一個Redis例項既應用於快取和又應用於持久化儲存的時候，然而我們也可以通過使用兩個Redis例項來達到相同的效果，值得一提的是將key設定過期時間實際上會消耗更多的記憶體，因此我們建議使用allkeys-lru策略從而更有效率的使用記憶體。