一、操作系統(tǒng)幾種主要的頁面置換算法

算法通常只是描述解決問題的一個步驟，具體用什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)則是視情況而定。LRU“實現(xiàn)起來比較困難，且開銷大是因為LRU算法希望淘汰最后未使用的頁面，而CLOCK算法則放低的要求，較久未使用即可，不一定是最久的。CLOCK算法恰好可以充分使用現(xiàn)有的為“請求分頁存儲管理“設(shè)計的硬件機構(gòu)，所以也會更加高效，而LRU則難以使用現(xiàn)成的硬件機構(gòu)來加速算法執(zhí)行。

LRU又稱最近最少使用，意為每次都淘汰最久未使用的頁面。按照LRU的思想，一種實現(xiàn)思路如下三點：

下面來逐一分析這三點：

名列前茅點：這塊內(nèi)存空間不能太小，否則極易導致數(shù)據(jù)溢出，尤其是對于運行在server上OS來說，可能一開機就很久不關(guān)機，溢出的可能性更大。這段內(nèi)存空間也不能太大，不然會造成空間浪費；

第二點：每執(zhí)行一條指令必定帶來至少一次訪存，甚至更多，每次訪存都要去維護這個時間開銷無疑是很大的（CLOCK算法也要去維護一個bit，但是開銷卻小得多，原因后面再討論），因為使用數(shù)組記錄則需要線性的時間來維護，使用heap記錄則需要對數(shù)時間來維護，而訪存則是十分頻繁的，這個代價是不能接受的；值得一提的是雖然看起來heap開銷小一些，但是數(shù)據(jù)量很大的話heap相對無序array來說對緩存不友好，這也是一個問題，不過我不知道是否可以忽略；

第三點：選擇出最久未使用的頁面的開銷也很大，使用無序array記錄則需要線性的時間來查找，使用heap記錄則需要對數(shù)時間來查找；

綜合上述三點可知LRU具體實現(xiàn)起來確實很困難開銷也很大。那么CLOCK算法和LRU相比優(yōu)勢在哪里？

未改進CLOCK算法需要維護一個bit，用來標志該頁面是否被使用過；很自然地想到同樣需要三點，即存儲，維護和查找，但是前兩點（存儲和維護）的實現(xiàn)和開銷相對LRU則簡單很多。

延伸閱讀：

二、全局頁面置換算法

功能：

當缺頁中斷發(fā)生，需要調(diào)入新的頁面而內(nèi)存已滿時，選擇內(nèi)存當中哪個物理頁面被置換。

目標：

盡可能地減少頁面的換進換出次數(shù)（既缺頁中斷的次數(shù)）。具體來說，把未來不再使用的或短期內(nèi)較少使用的頁面換出，通常只能在局部性原理指導下依據(jù)過去的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來進行預(yù)測。

頁面鎖定（frame locking）：

用于描述必須常駐內(nèi)存的操作系統(tǒng)的關(guān)鍵部分或時間關(guān)鍵（time-critical）的應(yīng)用程序。實現(xiàn)的方法是L在頁表中添加鎖定標志位（lock bit）。使其不在頁面置換算法范圍之內(nèi)，也就說不會被換入換出。

通常只需要考慮頁號，因為偏移號一般不起作用。只保留頁號。基于這個list來設(shè)計各種的頁面替換算法。
通過模擬一個頁面置換的行為并且記錄產(chǎn)生頁缺失數(shù)的數(shù)量。一般情況下，產(chǎn)生的缺頁次數(shù)越少，性能就越高。