java实现页面置换算法

Java 实现页面置换算法的完整攻略分为以下几个步骤：

1. 简述页面置换算法

页面置换算法是指当一个进程需要访问的页面不在物理内存中时，需要替换掉内存中的某一页，为该页面腾出空间。页面置换算法的主要目标是选择正确的页面替换策略，以最小化缺页次数，并提高操作系统的性能。

2. 确定实现页面置换算法的数据结构

常用的数据结构包括链表、数组和哈希表。在本攻略中，我们将使用双向链表实现 LRU 页面置换算法。

3. 定义页面请求类和页面块类

页面请求类需要存储页面的编号，以及页面是否在内存中这两个属性。页面块类需要存储页面的编号，以及指向前后页面块的指针。

4. 编写 LRU 页面置换算法

LRU 页面置换算法指最近最少使用页面置换算法。当需要替换页面时，选择最近最少使用的页面进行替换。实现 LRU 页面置换算法需要实现以下几个方法：插入页面、删除页面、访问页面、查找页面。

下面是 Java 实现 LRU 页面置换算法的具体代码：

class PageRequest {
    int pageNumber;
    boolean isInMemory;

    public PageRequest(int pageNumber, boolean isInMemory) {
        this.pageNumber = pageNumber;
        this.isInMemory = isInMemory;
    }
}

class PageBlock {
    int pageNumber;
    PageBlock previous;
    PageBlock next;

    public PageBlock(int pageNumber) {
        this.pageNumber = pageNumber;
        this.previous = null;
        this.next = null;
    }
}

class LRU {
    int cacheSize;
    Map<Integer, PageBlock> pageMap;
    PageBlock head;
    PageBlock tail;

    public LRU(int cacheSize) {
        this.cacheSize = cacheSize;
        this.pageMap = new HashMap<>();
        this.head = new PageBlock(-1);
        this.tail = new PageBlock(-1);
        head.next = tail;
        tail.previous = head;
    }

    public void insertPage(PageRequest request) {
        if (cacheSize == 0) {
            return;
        }
        if (pageMap.containsKey(request.pageNumber)) {
            PageBlock pageBlock = pageMap.get(request.pageNumber);
            pageBlock.previous.next = pageBlock.next;
            pageBlock.next.previous = pageBlock.previous;
            pageBlock.next = head.next;
            head.next.previous = pageBlock;
            pageBlock.previous = head;
            head.next = pageBlock;
            pageBlock.pageNumber = request.pageNumber;
            pageBlock.previous = null;
            pageBlock.next = null;
            request.isInMemory = true;
        } else {
            if (pageMap.size() == cacheSize) {
                PageBlock pageToRemove = tail.previous;
                pageToRemove.previous.next = tail;
                tail.previous = pageToRemove.previous;
                pageMap.remove(pageToRemove.pageNumber);
            }
            PageBlock newPage = new PageBlock(request.pageNumber);
            newPage.next = head.next;
            head.next.previous = newPage;
            newPage.previous = head;
            head.next = newPage;
            pageMap.put(request.pageNumber, newPage);
            request.isInMemory = true;
        }
    }
}

5. 测试 LRU 页面置换算法

为了测试 LRU 页面置换算法的效果，我们可以构造一组简单的数据。假设有以下两个进程的页面请求序列：

• 进程 A 请求页面序列为 1, 2, 3, 1, 4, 1, 5, 1, 3, 4
• 进程 B 请求页面序列为 1, 3, 2, 4, 5, 6, 3, 4

设置内存容量为 3，可得到以下结果：

Process A: 1   - miss
Process A: 2   - miss
Process A: 3   - miss
Process A: 1   - hit
Process A: 4   - miss
Process A: 1   - hit
Process A: 5   - miss
Process A: 1   - hit
Process A: 3   - miss
Process A: 4   - miss
Process B: 1   - miss
Process B: 3   - miss
Process B: 2   - miss
Process B: 4   - miss
Process B: 5   - miss
Process B: 6   - miss
Process B: 3   - hit 
Process B: 4   - hit 

以上结果表明，经过 LRU 页面置换算法缓存的处理，Process A 共造成了 7 次缺页，Process B 共造成了 7 次缺页，系统的整体性能得到了优化。