1. 程式人生 > >後臺面試經典問題-手寫LRU演算法

後臺面試經典問題-手寫LRU演算法

LRU,Least Recently Used,最近最久未使用。常用於頁面置換演算法。是為虛擬頁式儲存管理服務的。

對於在記憶體中又不用的資料塊,稱為LRU,作業系統會根據哪些資料屬於LRU而將其移出記憶體。

對於作業系統的記憶體管理,如何節省利用容量不大的記憶體為最多的程序提供資源,一直是研究的的熱點。而記憶體的虛擬儲存管理,是現在最通用最常見的方式--在記憶體有限的情況下,擴充套件一部分外存作為虛擬記憶體。虛擬頁式儲存管理,則是將程序所需空間劃分為多個頁面,記憶體中只存放當前所需頁面,其餘頁面放入外存的管理方式。對於頁面置換演算法來講,當發生缺頁中斷時,都是要從記憶體中找到一個不需要的塊換出去(對應實體記憶體的釋放),然後將需要頁面從磁碟的交換區中換進來(虛擬記憶體的分配)。

對於系統的所有檔案I/O請求,作業系統都是通過page cache機制實現的,對於作業系統而言,磁碟檔案都是由一系列的資料塊順序組成,資料塊的大小隨系統不同而不同,x86 linux系統下是4KB(一個標準頁面大小)。核心在處理檔案I/O請求時,首先到page cache中查詢(page cache中的每一個數據塊都設定了檔案以及偏移資訊),如果未命中,則啟動磁碟I/O,將磁碟檔案中的資料塊載入到page cache中的一個空閒塊。之後再copy到使用者緩衝區中。

LRU實現:map+雙向連結串列

class LRUCache {
private:
    typedef list<int> LI;
    typedef pair<int, LI::iterator> PII;
    typedef unordered_map<int, PII> HIPII;
    
    void touch(HIPII::iterator it) {
        int key = it->first;
        used.erase(it->second.second);
        used.push_front(key);
        it->second.second = used.begin();
    }
    
    HIPII cache;
    LI used;
    int _capacity;


public:
    LRUCache(int capacity) : _capacity(capacity) {}
    
    int get(int key) {
        auto it = cache.find(key);
        if (it == cache.end()) return -1;
        touch(it);
        return it->second.first;
    }
    
    void put(int key, int value) {
        auto it = cache.find(key);
        if (it != cache.end()) touch(it);
        else {
			if (cache.size() == _capacity) {
				cache.erase(used.back());
				used.pop_back();
			}
            used.push_front(key);
        }
        cache[key] = { value, used.begin() };
    }
    
};