8、页面置换策略与概念解析

页面置换策略与概念解析

1. 页面置换基础概念

在内存管理中，页面置换策略至关重要。当只有一个空页面帧可用时，首个页面会被加载到内存并开始执行。例如，有如下代码：

for( j = 1; j < 100; ++j)
{
    k = j * j;
    m = a * j;
    printf("\n%d %d %d", j, k, m);
}
printf("\n");

在这个例子里，执行完第 0 页的最后一条指令后，该页会被换出，为第 1 页腾出空间。当遇到“}”符号时，第 1 页又要被换出，以便第 0 页能被重新调入继续循环。在程序完成前，除非有新的页面帧空闲出来让两页能同时驻留在内存，否则页面交换将发生 199 次。这种在内存中找不到页面的情况被称为页面错误，此例将产生 199 次页面错误（和交换）。在极端情况下，有用计算的速率可能会降低至少 100 倍。

理想情况下，若程序员了解操作系统使用的页面大小，并精心设计程序以尽量减少页面错误，按需分页方案会非常高效，但实际中这往往难以实现。

2. 常见页面置换算法

2.1 先进先出（FIFO）算法

FIFO 页面置换策略会移除在内存中驻留时间最长的页面，即最先进入的页面。页面交换过程如下：
1. 步骤 1：页面 A 移入第一个可用页面帧。
2. 步骤 2：页面 B 移入第二个可用页面帧。
3. 步骤 3：页面 A 换出到二级存储。
4. 步骤 4：页面 C 移入第一个可用页面帧。
5. 步骤 5：页面 B 换出