Belady现象演示

Belady现象(Bélády's anomaly)是指:当给一个进程增加页帧数分配时,在FIFO替换算法策略下可能会出现缺页率增加的异常现象。
(In computer storage, Bélády's anomaly is the phenomenon in which increasing the number of page frames results in an increase in the number of page faults for certain memory access patterns. )

Belady现象演示

假定给某进程分为5页(page),但是它在内存中只分配到3个页帧(page frame),现在有一访问串:1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,4,5,表示依次访问第1页、第2页……
  1. 刚开始时,进程页还在虚存(磁盘)中,尚未缓存到内存中,所以第一次要访问第1页时发生一次缺页故障,此时调入第1页到内存中,占一个页帧
  2. 此时还剩下两个页帧未分配,由于接下来依次访问第2、3页,同理会触发两次缺页故障,在此之后,第1、2、3页都已经缓存在内存中
  3. 接下来要访问第四页,由于在此之前第1,2,3页已经缓存在内存中,该进程所分配到的3个页帧已满,为此必须替换掉一页,才能把第四页加载进来,此时又发生一次缺页故障。由于采用FIFO替换算法,因为第一页是最先进来,所以它会被替换出去
  4. 接下来又要访问第一页,由于当前缓存页时第4、2、3页,从而根据FIFO,要将第2页替换为第1页,这就又发生一次缺页中断,调入第1页后,此时存在于内存中的是第4、1、3页。同理,接下来要访问第2页,发生一次缺页中断,将第3页替换为第2页,此时存在于内存中的是第4、1、2页。
  5. 在接下来的访问中,如果第K页已经存在内存中,则直接使用,所以此时不会发生缺页故障,重复按照上述过程,我们可以得到如下示例图表:
    红色标识出的是发生缺页故障后调入的页,可以看见共发生9次缺页异常,而从访问串可知访问12次,所以缺页率为9/12=0.75
现在,该进程在上述3页帧的基础上多分配一页帧,也就是变成四页帧,则仿照上述分析过程,可画出如下图表
红色标识出的是发生缺页故障后调入的页,蓝色标识的是之前调入的页面,可以看见共发生10次缺页异常,而从访问串可知访问12次,所以缺页率为10/12=0.833
FIFO替换算法产生该现象的原因是它没有考虑到程序执行的动态特征。
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