【作業系統】頁面置換演算法（最佳置換演算法）（C語言實現）
阿新 • • 發佈：2020-12-13
# 【作業系統】頁面置換演算法（最佳置換演算法）（C語言實現）
#####（編碼水平較菜，寫部落格也只是為了個人知識的總結和督促自己學習，如果有錯誤，希望可以指出）
## 1.頁面置換演算法：
> 在地址對映過程中，若在頁面中發現所要訪問的頁面不在記憶體中，則產生缺頁中斷。當發生缺頁中斷時，如果作業系統記憶體中沒有空閒頁面，則作業系統必須在記憶體選擇一個頁面將其移出記憶體，以便為即將調入的頁面讓出空間。而用來選擇淘汰哪一頁的規則叫做頁面置換演算法。
> ## 一個好的頁面置換演算法，應具有較低的頁面更換頻率。從理論上講，應該保留最近重複訪問的頁面，將以後都不再訪問或者很長時間內不再訪問的頁面調出。----百度百科
## 2.具體的頁面置換演算法：
### 2.1 最佳置換演算法：一個程序在記憶體的若干個頁面中，哪一個頁面是未來最長時間內不再被訪問的，那麼如果發生缺頁中斷時，就將該頁面換出，以便存放後面調入記憶體中的頁面。
###### 1.這是計算機作業系統（第四版）中的一個例子。系統首先為程序分配了三個物理塊。上面一排數字是作業號。在轉滿三個物理塊後，要訪問2號作業，2號作業不在記憶體，所以會發生缺頁中斷，然後系統需要將2號作業調入記憶體，但是此時物理塊已經裝滿。
###### 2.依據最佳置換演算法，會將7號頁換出（0號頁在2號頁後第1個就會被訪問，1號頁在2號頁後第10個會被訪問，7號頁在2號頁後第14個會被訪問，7號頁在已經裝入記憶體的作業中是未來最長時間不會被訪問的，所以換出7號頁）。
###### 3.後面依次類推。
### 2.2 先進先出演算法：如果發生缺頁中斷，需要換出一個頁面的時候，總是選擇最早進入記憶體的頁面，即選擇在記憶體中駐留時間最久的頁面進行換出。
有點不清楚。。。。。就是每次發生缺頁就將最早進入記憶體的頁面換出，然後將剛調入的頁面換入該物理塊。
### 2.3 最近最久未使用（LRU）置換演算法：LRU演算法是缺頁中斷髮生時選擇最久未使用的頁面進行換出。
這個演算法其實也很好判斷。分享一個小技巧。記憶體分配了k個物理塊，發生缺頁中斷將要往記憶體調入某個頁面的時候，在該頁面往前面數K個物理塊最前面的那個就會是要換出的，因為該頁面最長時間未被使用過。（可能前面會有重複的頁面，有幾個重複的頁面就再往前面多數幾個）
例如：裝入7，0，1，之後訪問2號頁面的時候會發生缺頁中斷。此時物理塊有三個，2號頁面前面有三個頁面，最前面的是7號頁面所以將7號頁面換出。
### 2.4Clock置換演算法（沒有動圖，不太形象，就不舉例子了，如果不太清楚，可以私信我。）
##### 2.4.1簡單的Clock置換演算法:將所有頁面通過連結指標連線成一個迴圈佇列。然後需要為每一個頁面設定一個訪問位。當某頁被訪問的時候，將訪問位置為1。選擇頁面換出的時候，需要檢查頁面的訪問位。如果是0，就將頁面換出，如果是1，那麼就將訪問位置為0。
**簡單的Clock演算法最多訪問兩輪：**
最壞情況就是所有的頁面訪問位都是1，訪問1輪之後，全部訪問位都會被置為0，那麼肯定會找到一個頁面換出。
##### 2.42改進型Clock演算法:將所有頁面通過連結指標連線成一個迴圈佇列。然後需要為每一個頁面設定一個訪問位和一個修改位。訪問位為0表示未訪問過，為1表示訪問過。修改位為0表示未修改過，為1表示修改過。
此時頁面會有四種情況：
1.未被訪問，未被修改，最佳淘汰。
2.未被訪問，被修改過。
3.被訪問過，未被修改。
4.被訪問過，被修改過。
##### 換出頁面的時候：
1.尋找未被訪問，未被修改的頁面，不修改訪問位。找到則換出，找不到進行第二步。
2.尋找未被訪問，但是被修改過的頁面。此時，每次掃描頁面的時候，將所有訪問位置為0。找到就返回，找不到就進行第三步。
3.重複第一次步驟，尋找未被訪問，未被修改的頁面，不修改訪問位。找到則換出，找不到進行第四步。
4.重複第二步。尋找未被訪問，但是被修改過的頁面。此時一定可以找到。
###### 也就是說，改進型Clock演算法，最多掃描四輪佇列。因為最壞的情況就是全部頁面的訪問位和修改位都是1的情況。在經過第二輪掃描之後頁面的訪問位已經都是0。所以第四輪一定可以找到一個頁面換出。
### 3.最佳置換演算法執行截圖：
首先是前面三個裝入，就省略掉了直接從第四次之後開始列印的。
### 4.程式碼
```c