UVA 299 Train Swapping

本文介绍了一个经典的计算机科学问题——列车交换问题,并通过冒泡排序算法来解决该问题。文章提供了一段C语言代码实现,展示了如何计算列车排序过程中所需的最小交换次数。

题目

列车交换

分析

冒泡排序呀,问你要交换几次。

代码

#include <stdio.h>

int s;
int bubble(int* tr, int lo, int hi)
{
    int sorted = 1, tmp;
    while (++lo < hi)
        if (tr[lo - 1] > tr[lo]) {
            sorted = 0;
            tmp = tr[lo];
            tr[lo] = tr[lo - 1];
            tr[lo - 1] = tmp;
            s++;
        }
    if (!sorted) {
        bubble(tr, 0, hi--);
    } else {
        return s;
    }
}

int main(void) {
    int t, l, i, tr[55];
    scanf("%d", &t);
    while (t--) {
        scanf("%d", &l);
        for (i = 0; i < l; i++)
            scanf("%d", &tr[i]);
        s = 0;
        bubble(tr, 0, l);
        printf("Optimal train swapping takes %d swaps.\n", s);
    }
    return 0;
}
在系统运维过程中,如果观察到频繁的交换(swapping)行为,这通常表明系统的物理内存(RAM)不足以满足当前运行的应用程序需求,导致操作系统将部分内存数据转移到磁盘上的交换空间(swap space),从而缓解内存压力。然而,这种交换行为会显著影响系统性能,因为磁盘的读写速度远低于内存。 ### 原因分析 1. **物理内存不足** 当系统中运行的应用程序消耗的内存总量超过可用的物理内存时,操作系统会开始使用交换空间来释放内存页,这会导致频繁的内存与磁盘之间的数据交换[^1]。 2. **内存泄漏或资源未释放** 某些应用程序可能存在内存泄漏问题,即程序在运行过程中不断分配内存而未能正确释放,导致可用内存逐渐减少,最终触发交换行为。 3. **缓存和缓冲区占用过高** Linux 系统会利用空闲内存作为文件系统缓存(如 page cache 和 slab),以提高 I/O 性能。但在内存紧张时,系统可能无法及时释放这些缓存,从而导致交换行为增加。 4. **交换阈值设置不合理** Linux 系统通过 `swappiness` 参数控制内核将内存页移出到交换空间的倾向,默认值为 60。如果该值设置过高,即使系统仍有可用内存,也可能触发不必要的交换行为。 5. **突发性内存需求** 某些任务或进程在短时间内需要大量内存,例如批处理作业、大数据分析任务等,可能导致瞬时内存压力增大,从而引发交换。 ### 优化方法 1. **增加物理内存** 最直接的解决方案是增加服务器的物理内存(RAM),以减少对交换空间的依赖。这是解决频繁交换问题的根本方法。 2. **优化应用程序内存使用** 分析应用程序的内存使用情况,识别并修复内存泄漏问题,合理管理内存分配和释放。使用工具如 `valgrind`、`gperftools` 等可以帮助检测内存泄漏。 3. **调整 `swappiness` 参数** 通过修改 `/proc/sys/vm/swappiness` 文件或在 `sysctl.conf` 中设置 `vm.swappiness` 值来降低系统对交换空间的依赖。建议值为 10 到 20 之间,具体取决于系统负载特性。 ```bash sysctl -w vm.swappiness=10 ``` 4. **监控内存与交换使用情况** 使用 `top`、`htop`、`free`、`vmstat`、`sar` 等工具监控系统的内存和交换使用情况,及时发现异常行为。 ```bash free -h vmstat 1 ``` 5. **限制进程内存使用** 使用 `cgroups` 或 `systemd` 的内存限制功能,为特定服务或进程设置内存上限,防止个别进程占用过多内存。 ```ini # 示例:在 systemd 服务单元文件中限制内存 [Service] MemoryLimit=2G ``` 6. **使用 ZRAM 或 ZSWAP(内存压缩)** 启用 ZRAM 或 ZSWAP 可以在内存不足时将部分数据压缩后存储在内存中,而不是写入磁盘,从而降低 I/O 延迟。 ```bash modprobe zram echo $((16 * 1024 * 1024 * 1024)) > /sys/block/zram0/disksize mkswap /dev/zram0 swapon /dev/zram0 ``` 7. **避免不必要的缓存占用** 在内存紧张时,系统会自动释放部分缓存,但也可以通过手动清理缓存来释放内存: ```bash echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches # 释放 page cache echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches # 释放 dentries 和 inodes echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches # 释放所有缓存 ``` --- ###
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