14操作系统基础——内存页面置换算法——LRU

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已于 2022-07-09 14:01:03 修改

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分类专栏：操作系统文章标签：操作系统

于 2021-11-22 18:46:23 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xystrive/article/details/121473762

本文介绍了操作系统中的缺页中断概念及其处理流程，包括当CPU访问的页面不在内存时产生的中断，以及缺页中断与一般中断的区别。接着讲解了三种页面置换算法：FIFO（先进先出），其简单但效率不高；LRU（最近最久未使用），它选择最长时间未被访问的页面进行置换，是更优的选择。文章还提及了2022年5月4日更新的内容，可能对LRU算法进行了更易懂的解释。

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缺页中断

当CPU访问的页面不在内存时，便会产生缺页中断，请求操作系统将所缺页从硬盘中调入到内存里。

和一般中断的区别：
是指令执行期间产生和处理中断信号
一般中断程序计数器返回的时候会执行下一条指令，而缺页中断需要重新执行该条指令。

流程：

CPU访问一条Load指令，然后去找指令对应的页表项。
如果页表有效，则直接访问内存，如果无效，则CPU发送缺页中断请求。
操作系统收到缺页中断，执行处理函数，先查找页面在磁盘中的位置。
然后需要把页面换入到物理内存中 ，但换入前需要物理内存有空位，如果没有空位需要执行页面置换，选择一个物理页把它换出到磁盘，然后将状态改为无效，最后把需要的物理页换进来
换入之后将该页表状态改为有效。
最后CPU重新执行原来的命令。

先进先出

选择在内存中驻留时间最长的页面，垃圾

最近最久未使用LRU

选择最长时间没有被访问的页面进行置换。看上去不错，实际不怎么用。
在这里插入图片描述

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在这里插入图片描述

struct DLinkedNode {
   
   
    int key, value;
    DLinkedNode* prev;
    DLinkedNode* next;
    DLinkedNode(): key(0), value(0), prev(nullptr), next(nullptr) {
   
   }
    DLinkedNode(int _key, int _value): key(_key), value(_value), prev(nullptr), next(nullptr) {
   
   }
};

class LRUCache {
   
   
private:
    unordered_map<int, DLinkedNode*> cache;
    DLinkedNode* head;
    DLinkedNode* tail;
    int size;
    int capacity;

public:
    LRUCache(int _capacity): capacity(_capacity), size(0) {
   
   
        // 使用伪头部和伪尾部节点
        head = new