3.4.2 最近未使用页面置换算法

为使操作系统能够收集有用的统计信息,在大部分具有虚拟内存的计算机中,系统为每一页面设置了两个状态位。当页面被访问(读或写)时设置R位;当页面(即修改页面)被写入时设置M位。这些位包含在页表项中,如图3-11所示。每次访问内存时更新这些位,因此由硬件来设置它们是必要的。一旦设置某位为1,它就一直保持1直到操作系统将它复位。

如果硬件没有这些位,则可以进行以下的软件模拟:当启动一个进程时,将其所有的页面都标记为不在内存;一旦访问任何一个页面就会引发一次缺页中断,此时操作系统就可以设置R位(在它的内部表格中),修改页表项使其指向正确的页面,并设为READ ONLY模式,然后重新启动引起缺页中断的指令;如果随后对该页面的修改又引发一次缺页中断,则操作系统设置这个页面的M位并将其改为READ/WRITE模式。

可以用R位和M位来构造一个简单的页面置换算法:当启动一个进程时,它的所有页面的两个位都由操作系统设置成0,R位被定期地(比如在每次时钟中断时)清零,以区别最近没有被访问的页面和被访问的页面。

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当发生缺页中断时,操作系统检查所有的页面并根据它们当前的R位和M位的值,把它们分为4类:

第0类:没有被访问,没有被修改。

第1类:没有被访问,已被修改。

第2类:已被访问,没有被修改。

第3类:已被访问,已被修改。

尽管第1类初看起来似乎是不可能的,但是一个第3类的页面在它的R位被时钟中断清零后就成了第1类。时钟中断不清除M位是因为在决定一个页面是否需要写回磁盘时将用到这个信息。清除R位而不清除M位产生了第1类页面。

NRU(Not Recently Used,最近未使用)算法随机地从类编号最小的非空类中挑选一个页面淘汰之。这个算法隐含的意思是,在最近一个时钟滴答中(典型的时间是大约20ms)淘汰一个没有被访问的已修改页面要比淘汰一个被频繁使用的“干净”页面好。NRU主要优点是易于理解和能够有效地被实现,虽然它的性能不是最好的,但是已经够用了。