FIFO調度演算法和LRU演算法

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一.理論

FIFO：先進先出調度演算法

LRU：最近最久未使用調度演算法

兩者都是緩衝調度演算法，經常用作記憶體的頁面置換演算法。

打一個比方，協助你理解。你有很多的書，比如說10000本。由於你的書實在太多了，你只能放在地下室裡面。你看書的時候不會在地下室看書，而是在書房看書。每次，你想看書都必須跑到地下室去找出來你想看的書，然後抱回來放到書桌上，之後才開始看。還有就是，有一些書你會反覆的看，今天看了也許過幾天又要看。總之，你自己是不知道你哪天會需要看哪本書的。你的老師每天下課的時候會給你布置一個書單，讓你晚上回去去看哪本書。（假設你老師讓你看的書在你的地下室裡面都有）跑地下室當然是非常麻煩的，所以你希望你的經常看的那些書最好放在書桌上。但是你的書房的書桌同時只能擺放10本書（這個是假設的啊）。那麼，問題來了。到底把哪些說留在書桌上最好呢？這裡說的最好，就是說你盡量少的跑地下室去找書。為瞭解決這個問題，人們發明了很多的演算法。

其中，比較常見的就是上面這兩種：FIFO演算法和LRU演算法。

FIFO演算法：

很簡單，我把書桌上的10本書按照放置時間先後堆放成一堆。這裡的放置時間，就是說這本書在我的書桌上放了幾天了。每次要看書的時候，我先在書桌上找，找到就直接可以讀了。讀完之後放回原來的位置就可以，不打亂順序。如果書桌上面沒有我要讀的書，就去地下室找。找來之後，我就把書桌上放的時間最長的那本（也就是書堆裡面最下面的那本書）放回地下室。然後把我今天需要看的這本書放在書堆的最上面。

LRU演算法：

也不難，我把書桌上的10本書按照閱讀時間先後堆放成一堆。這裡的閱讀時間，就是說我最近一次讀這本書是幾天之前。每次要看書的時候，我先在書桌上找，找到就直接可以讀了。讀完之後放在書堆的最上面。如果書桌上面沒有我要讀的書，就去地下室找。找來之後，我就把書桌上最久沒有閱讀的那本（也就是書堆裡面最下面的那本書）放回地下室。然後把我今天需要看的這本書放在書堆的最上面。上面這個比方，相信你可以看明白吧。這裡的地下室對應記憶體，書桌對應緩衝，書對應頁面。

二.缺頁次數

在一個採用頁式虛擬儲存管理的系統中，有一使用者作業，它依次要訪問的頁面序列是1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5.假定分配給該作業的頁數為3且作業初始時未裝載頁面，那麼採用FIFO調度演算法產生的缺頁中斷數為多少，採用LRU調度演算法產生的缺頁中斷數為多少？
 FIFO演算法：(First In First Out)，先進先出，一般看到這類思想，首先想到的資料結構應當是隊列，但是我們這裡最好是用vector，因為調頁過程中需要遍曆隊列檢查該頁是否已存在，當演算法的儲存結構是隊列或棧，但實現過程中需要經常遍曆全隊列或全棧的內容時，最好用vector，這是《劍指Offer》面試題25給我的啟發。給出一個訪問序列的類比演算法到此應該非常簡單了，為了節省時間，下面僅給出題目計算步驟，代碼今後再補。
           訪問序列：1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5
                   1，2，3先調入記憶體，記憶體結構：3      2      1    缺頁次數：3  
                   4調入記憶體，1調出，  記憶體結構：4      3      2    缺頁次數：4
                   1調入記憶體，2調出，  記憶體結構：1      4      3    缺頁次數：5
                   2調入記憶體，3調出，  記憶體結構：2      1      4    缺頁次數：6
                   5調入記憶體，4調出，  記憶體結構：5      2      1    缺頁次數：7
                   1存在，記憶體結構不改變
                   2存在，記憶體結構不改變
                   3調入記憶體，1調出，  記憶體結構：3      5      2    缺頁次數：8
                   4調入記憶體，2調出，  記憶體結構：4      3      5    缺頁次數：9
                   5存在，記憶體結構不改變
            共缺頁9次，缺頁中斷率 ＝ 缺頁中斷次數 / 總訪問頁數 ＝ 9 / 12    

LRU演算法：最近最少使用（Least Recently Used），先看一下調頁過程
           訪問序列：1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5
                1，2，3先調入記憶體，記憶體結構：3      2      1    缺頁次數：3  
                4調入記憶體，1調出，  記憶體結構：4      3      2    缺頁次數：4
                1調入記憶體，2調出，  記憶體結構：1      4      3    缺頁次數：5
                2調入記憶體，3調出，  記憶體結構：2      1      4    缺頁次數：6
                5調入記憶體，4調出，  記憶體結構：5      2      1    缺頁次數：7
           到這一步其實和FIFO並沒有區別
              1調入記憶體，由於記憶體中存在1，故沒有缺頁中斷，但由於1最近被訪問過，所以要將其位置調換，
              使它最後一個被淘汰，記憶體結構：1      5      2
              2調入記憶體，沒有缺頁中斷，但記憶體位置要變化，記憶體結構：2      1      5
                  3調入記憶體，5調出，  記憶體結構：3      2      1    缺頁次數：8
                  4調入記憶體，1調出，  記憶體結構：4      3      2    缺頁次數：9
                  5調入記憶體，2調出，  記憶體結構：5      4      3    缺頁次數：10
           共缺頁10次，缺頁中斷率：10/12

FIFO調度演算法和LRU演算法