第5章 缓冲区管理
缓冲区结构
frame的参数
- Dirty
- Frame中的块是否已经被修改
- Pin-count
- Frame的块的已经被请求并且还未释放的计数，即当前的用户数
- *Others
- Latch: 是否加锁
当请求块时
- 当一个程序请求一个不在内存中的数据块时，操作系统需要从磁盘中读取该数据块。
- 首先，它需要在内存中找到一个帧来存放这个数据块。
- 如果选中的帧是脏的（即，帧中的数据已被修改但尚未写回磁盘），那么操作系统需要先将这个帧的内容写回磁盘。
- 然后，操作系统从磁盘中读取请求的数据块，并将其放入选中的帧中。
- 最后，操作系统会增加该帧的固定计数Pin-count（即，标记该帧正在被使用），并返回该数据块在内存中的地址。这样，程序就可以直接访问内存中的数据，而不需要再次从磁盘中读取。这个过程是操作系统管理内存的重要部分，也是实现虚拟内存的关键。
当释放块时
- 当程序完成对一个数据块的访问后，它需要取消固定（unpin）包含该数据块的帧，以便操作系统可以在需要时重新使用该帧。
- 同时，如果程序修改了数据块的内容，它需要设置该帧的脏位（dirty bit）。脏位是用来标记帧中的数据是否已被修改，但尚未写回磁盘。如果脏位被设置，那么在帧被替换之前，操作系统需要先将帧的内容写回磁盘。这样可以确保磁盘中的数据始终是最新的，即使发生了系统崩溃或电源故障。
缓冲区替换策略
- 当内存中没有空闲的帧来存放新的数据块时，操作系统需要选择一个已经被使用的帧进行替换。选择哪个帧进行替换是由替换策略决定的，常见的替换策略包括最近最少使用（LRU），时钟，先进先出（FIFO），最近最常使用（MRU）等。
- 只有当帧的固定计数为0时，也就是说，当没有程序正在使用该帧时，该帧才会被考虑作为替换的候选者。
- 替换策略的选择可以对系统的I/O性能产生重大影响，因为每次替换都可能需要从磁盘中读取数据或将数据写回磁盘。不同的访问模式可能会导致某些替换策略比其他策略表现得更好。
理论最优算法：OPT算法
也称为Belady’s算法
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