Linux页面算法源码解析
在操作系统中，页面置换算法是十分重要的一个概念。Linux作为一个开源的操作系统，在其内存管理模块中实现了多种页面置换算法。本文将围绕Linux页面算法的源码展开讲解，帮助读者更好地理解和应用这些算法。
1. FIFO（First In First Out）算法
FIFO算法是最基本且最简单的页面置换算法之一。其原理很简单，即将最先进入内存的页面置换出去。我们先来看一段使用FIFO算法的源码：
```
void fifo_pif_entry_add(file_t *file)
if(fifo_page.frame_count >= VALID_FRAME_MAX)
remove_fifo_page_entry();
fifo_pif_entry_t* fifo_pif_entry = (fifo_pif_entry_t*) malloc(sizeof(fifo_pif_entry_t));
fifo_pif_entry->file = file;
fifo_pif_entry->next = NULL;
if(fifo_page.head == NULL)
{
fifo_page.head = fifo_pif_entry;
fifo_page.tail = fifo_pif_entry;
}
else
{
fifo_page.tail->next = fifo_pif_entry;
fifo_page.tail = fifo_pif_entry;
}
```
上面的代码是Linux内核中FIFO算法的一部分实现。可以看到，它通过维护一个链表来管理进入内存的页面，当内存中页面数量超过预设的最大数量时，调用remove_fifo_page_entry函数将最先进入内存的页面置换出去。
2. LRU（Least Recently Used）算法
LRU算法是一种基于页面访问时间的置换算法，即将最近最久未使用的页面置换出去。下面是Linux内核中使用LRU算法的部分源码：
```
struct page_list
page_t *page;
struct page_list *next;
};
typedef struct
int count;
struct page_list *head;
} lru_page_t;
void lru_page_accessed(page_t *page)
struct page_list *current = lru_page.head;
struct page_list *previous = NULL;
while (current != NULL && current->page != page)
{
previous = current;
current = current->next;
}
if (current != NULL)
{
if (previous != NULL)
{
previous->next = current->next;
current->next = lru_page.head;
lru_page.head = current;
}
}
```
上述代码中实现了针对LRU算法的页面访问函数lru_page_accessed。该函数通过遍历链表找到需要访问的页面，并将其移到链表头部，以表示该页面最近被访问过。
3. NRU（Not Recently Used）算法
NRU算法将页面分为多个类别，每个类别记录该页面最近是否被访问。页面置换的时候，选择一个类别中最近没有被访问的页面来置换。以下是Linux内核中使用NRU算法的一部分源码：
```
void nru_page_replace(page_t **page)
page_t *victim = NULL;
int i;
for (i = 0; i <= NRU_CLASS_MAX; ++i) {
if (!list_empty(&lru_page[i]))
{
victim = list_first_entry(&lru_page[i], page_t, lru);
break;
}
}
if (is_valid_page(victim))
remove_from_list(victim);
*page = victim;
```
代码中的nru_page_replace函数通过遍历每个类别的链表，找到最近没有使用过的页面作为置换目标。
总结
本文主要介绍了Linux操作系统中的页面置换算法。通过分析相关源码，我们对FIFO、LRU和NRU算法有了更深入的理解。
对于页面置换算法的选择，需要根据实际场景和性能要求进行权衡。在实际应用中，也可以根据特定需求自行实现新的页面置换算法。
参考文献：
- Andrew S. Tanenbaum, Herbert Bos. Modern Operating Systems. Pearson, 2014.
- Silberschatz A., Gagne G., Galvin P. B. Operating System Concepts. Wiley, 2017.