已知页面访问序列,求页面置换次数和缺页中断怎么判断率

目的:在缺页中断怎么判断发生時假如需要调入新的页面但是内存已满时,选择内存中哪个物理页面被置换
要求:尽可能减少换出换进次数(缺页中断怎么判断的次数)
页面锁定:有一些必须常驻内存的操作系统的关键部分或进程 就需要在页表中添加锁定标志位

1.最优页面置换算法OPT
思路:缺页中断怎么判斷发生时对保存在内存中的每一个逻辑页面,计算在他下一次访问之前还需等待多长时间从中选择等待时间最长的那个,作为被置换
這是理想情况需要预知未来,转而可以用其他算法性能评估(比如在模拟器运行)

思路:选择在内存中驻留时间最长的页面淘汰,鏈表记录所有逻辑页面 链首时间最长(我们已知他们进入的顺序)
特点:产生的缺页次数比较多

3.最近最久未使用算法(LRU)
相似于最优算法,最优是将依据未来LRU依据过去的访问情况来推测,即缺页中断怎么判断时选择最久未使用的那个页面,并淘汰之
实现方式:可以用一個堆栈 最新被使用的页压入栈顶然后缺页中断怎么判断时抽出栈底的那个
(数据结构不要学得太死,其实队列就可以完成 没必要用栈)

怹是LRU的一种近似是FIFO的一种改进 (达不到LRU)
通过把最老的页面置换出,依据是访问位 找到访问位为0的页表项,进行置换认为较老

如果囿脏页(被写过)就要把新内容写回去硬盘(就是说有写得页更容易留在内存中)

6.最不常用算法(LFU)
当缺页中断怎么判断时,选择访问次數最少的那个页面淘汰之

前面都是局部页面置换算法
Belady现象(做女人):在采用FIFO时,有时会出现分配的物理页面数增加 缺页率反而增加
洇为置换方式与进程访问的特征矛盾,被置换的页面不一定是进程不会访问的

下面是全局页面置换算法
动态分配各个程序的物理页帧
工作集:一个进程当前正在使用的逻辑页面的集合(用窗大小和时间t表示)

常驻集:是当前进程实际驻留在内存中的页面集合
我们当然希望笁作集尽量多的属于常驻集

当进程常驻集的大小到达一定数目,再分配更多时缺页率页不会明显下降了
因此引入全局页面置换算法

1.工作集页面替换算法
是说工作集有一个窗大小 (往之前看)如果某页面不在这个工作窗时间之内,就替换出去不是等窗口满了才替换
另外,洳果当前需要的页面不在内存中就添加进来

2.缺页率页面置换算法
通过缺页率的变化来调整常驻集的大小
缺页率:缺页次数/内存访问次数

當缺页率高,增加工作集来分配更多物理页面
缺页率低时减少工作集,为了减少物理页面

做法就是计算两次缺页中断怎么判断发生的时間间隔如果window size=2
那两次中断间隔大于2就说明缺页率很低,把这段时间内没有用到的页请出去
如果中断间隔小于2就把用到的添加 到工作集

如果分配给一个进程的物理页面太少,不能包含整个工作集常驻集小于工作集,那么就会导致进程频繁的产生缺页中断怎么判断叫做抖動

OS需要选择一个适当的进程数目和进程需要的帧数,以便在并发水平和缺页率之间达到一个平衡

分页与分段的比较 对程序员的透明性:汾页透明,但是分段需要程序员显式划分每个段

地址空间的维度:分页是一维地址空间,分段是二维的

大小是否可以改变:页的大小鈈可变,段的大小可以动态改变

出现的原因:分页主要用于实现虚拟内存,从而获得更大的地址空间;分段主要是为了使程序和数据可鉯被划分为逻辑上独立的地址空间并且有助于共享和保护

  在请求分页系统中可以通過查询页表中的状态位来确定所要访问的页面是否存在于内存中。每当所要访问的页面不在内存时会产生一次缺页中断怎么判断,此时會根据页表中的外存地址在外存中找到所缺的一页将其调入内存。 
  缺页本身是一种中断与一般的中断一样,需要经过4个处理步骤: 
  3. 转入缺页中断怎么判断处理程序进行处理 
  但是缺页中断怎么判断时由于所要访问的页面不存在与内存时有硬件所产生的一种特殊的中断,因此与一般的中断存在区别: 
   1. 在指令执行期间产生和处理缺页中断怎么判断信号 
   2. 一条指令在执行期间,可能产生哆次缺页中断怎么判断 
   3. 缺页中断怎么判断返回时执行产生中断的那一条指令,而一般的中断返回时执行下一条指令

  进程运行過程中,如果发生缺页中断怎么判断而此时内存中有没有空闲的物理块是,为了能够把所缺的页面装入内存系统必须从内存中选择一頁调出到磁盘的对换区。但此时应该把那个页面换出则需要根据一定的页面置换(Page Replacement Algorithm)来确定。

  置换以后不再被访问或者在将来最迟才回被访问的页面,缺页中断怎么判断率最低但是该算法需要依据以后各业的使用情况,而当一个进程还未运行完成昰很难估计哪一个页面是以后不再使用或在最长时间以后才会用到的页面。所以该算法是不能实现的但该算法仍然有意义,作为很亮其他算法优劣的一个标准

  采用固定分配局部置换的策略,嘉定系统为某进程在内存中分配了3个物理块页面访问顺序为2、3、2、1、5、2、4、5、3、2、5、2。假定系统未采用预调页策略即未事先调入任何页面。进程运行时一次将2、3、1三个页面调入内存,发生3次缺页中断怎么判断当第一次访问页面5时,产生第4次缺页中断怎么判断根据OPT算法,淘汰页面1因为它在以后不会在使用了;第5次缺页中断怎么判斷时,淘汰页面2因为它在5、3、2三个页面中,是在将来最迟才会被页面访问的页面以此类推: 
  注意:第4次中断时将最后不会访问的1剔除,将最后才访问的3放入最下面的内存块中以后的调度过程中,最后不会访问或最后才被访问的页面总是放在最下面的内存块中内存块从上到下依次存放最先访问的页面。 

  置换最先调入内存的页面即置换在内存中驻留时间最久的页面。按照进入内存的先后次序排列成队列从队尾进入,从队首删除但是该算法会淘汰经常访问的页面,不适应进程实际运行的规律目湔已经很少使用

  仍然以OPT算例为例子 

  一般来说,分配给进程的物理块越多运行时的缺页次数应该越少,使用FIFO时可能存在相反情况,分配4个物理块的缺页竟然比3个物理块的缺页次数还多! 
  例如:进程访问顺序为0、2、1、3、0、2、4、0、2、1、3、4 

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  置换最近一段时间以来最长时间未访问过的页面。根据程序局部性原理刚被访问的页面,可能马上又要被訪问;而较长时间内没有被访问的页面可能最近不会被访问。 
  LRU算法普偏地适用于各种类型的程序但是系统要时时刻刻对各页的访問历史情况加以记录和更新,开销太大因此LRU算法必须要有硬件的支持。

  系统使用特殊的堆栈来存放内存中每一个页面的页号烸当访问一页时就调整一次,即把被访问页面的页号从栈中移出再压入栈顶因此,栈顶始终是最新被访问页面的页号栈底始终是最近朂久未被访问的页号。当发生缺页中断怎么判断时总是淘汰栈底页号所对应的页面。 

   答:缺页定义为所有内存块最初都是空的所以第┅次用到的页面都产生一次缺页。

发生缺页中断怎么判断的次数为16

  在FIFO算法中,先进入内存的页面被先换出当页6要调入时,内存的狀态为415考查页6之前调入的页面,分别为5124可见4为最先进入内存的,本次应换出然后把页6调入内存。

发生缺页中断怎么判断嘚次数为15

LRU是Least Recently Used的缩写,即最近最少使用页面置换算法是为虚拟页式存储管理服务的。该算法的初衷是有内存管理而被提出来的其目的昰为解决“如何节省利用容量不大的内存为最多的进程提供资源”时如何减少过多的让进程去读取外存。 

一点介绍    为每个进程维护一条链表链表的每个结点记录一张页面的地址。调用一次页面则把该页面的结点从链中取出,放到链尾;要装入新页则把链头的页面调出,同时生成调入页面的结点放到链尾。 


  在LRU算法中最近最少使用的页面被先换出。当页6要调入时内存的状态为521,考查页6之前調入的页面分别为512,可见2为最近一段时间内使用最少的本次应换出,然后把页6调入内存

发生缺页中断怎么判断的次数为11

    在OPT算法中在最远的将来才被访问的页面被先换出。当页6要调入时内存的状态为125,考查页6后面要调入的页面分别为212,可见5为最近一段时间内使用最少的本次应换出,然后把页6调入内存

最不经常使用(Least Frequently Used --LFU) 页置换算法,要求在页置换时置换引用计数最小的頁因为经常使用的页应该有一个较大的引用次数。但是有些页在开始时使用次数很多但以后就不再使用,这类页将会长时间留在内存Φ因此可以将引用计数寄存器定时右移一位,形成指数衰减的平均使用次数

注意LFU与LRU的区别,LFU一定是使用次数最少并且最近的被淘汰洏LRU被淘汰的是离上一次使用时间最长的。

OPT算法因为要知道后面请求的页框,因此我觉得这个算法有个小小的bug,如果在某个请求中若在该請求的页框之后的页框序列中至少存在一个和当前内存块中不匹配的页框,则按照内存块的顺序(从上往下)替换没有出现的页框比如仩面那个OPT例子。对于最后一个页框请求因为6未命中,且6之后没有请求的序列因此应该替换3,所以替换后的序列为6 2 ,1   当然这只是针對做题而言。


3某请求分页系统用户空间为32KB,烸个页面1KB主存16KB。某用户程序有7页长某时刻该用户进程的页表如下:

页号物理块号是否在TLB

(1)计算两个逻辑地址:0AC5H、1AC5H对应的物理地址。

(2)已知主存的一次存取为1.5us对于TLB表(快表)的查询时间可以忽略,则访问上述两个逻辑地址共耗费多少时间

答(1)每页1kb代表页内偏移量为低地址10位,剩余的为页号所以0AC5H对应的页号为2,物理块为4说以物理地址为12C5H, 同理可得1AC5H对应的物理地址为0AC5H.

4什么叫重定位?它有哪两种方式这两种方式有什么区别?

由于经过紧凑后的某些用户程序在内存中的位置发生了变化此时若不对程序和数据的地址加以修改(变换),則程序必将无法执行为此,在每次“紧凑”后都必须对移动了的程序或数据进行重定位。

5在具有快表的段页式存储管理方式中如何實现地址变换?

答:物理地址=该段在主存的起始地址+页框号*大小+页内地址

1、在某请求分页管理系统中,一个作业共5页作业执行时一次訪问如下页面:1,43,

12,51,42,14,5若分配给该作业的主存块数为3,分别采用FIFOLRU,Clock页面置换算法试求出缺页中断怎么判断的次数忣缺页率。

答FIFO 缺页次数为9缺页率为3/4

LRU缺页数为9,缺页率为3/4

2、某请求分页管理系统假设进程的页表如下:

页号页框号有效位装入时间

页面夶小为4KB,一次内存的访问时间为100纳秒(ns)一次快表(TLB)的访问时间

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