Mathematical Analysis of Page Fault Minimization for Virtual Memory Systems Using Working Set Strategy

2025

Полный текст Открытый доступ: Gold Метаданные (CSL-JSON)
DOI 10.3390/info16100829
Достоверность данных 70 средняя
Как считается эта оценка

Складывается из проверяемых признаков самой записи: есть ли у статьи DOI, сколько независимых источников подтвердили её данные, заполнены ли обязательные поля и насколько свежо последнее подтверждение. Снижают оценку расхождения между источниками и отсутствие идентификатора. Значение от 80 означает, что запись опубликована без дополнительной проверки; от 60 до 79 — что она опубликована с пониженной достоверностью и ручная проверка желательна. Запись, выверенную редактором вручную, пересчёт не опускает ниже 90. Это оценка наших данных о статье, а не оценка самой статьи.

Аннотация

Poor code locality in virtual memory systems significantly contributes to page faults, leading to degraded system performance. Although many solutions aim to minimize page faults, most rely on clustering techniques that do not quantify the approximation error relative to the optimal solution. In this work, we develop a novel mathematical model based on the Working Set strategy combined with a geometric interpretation of the computational process via a Hasse diagram. This approach enables the reduction of the problem dimensionality and facilitates identification of critical control states under realistic constraints. We formalize the minimization of expected page faults as a discrete optimization problem with well-defined functionals and constraints. Experimental evaluation demonstrates that our model achieves lower average page faults and execution times compared to classical algorithms, especially under poor code locality conditions. Our method also provides a foundation for obtaining ε-optimal solutions and paves the way for designing efficient and cost-effective page replacement algorithms with provable guarantees. These contributions establish both theoretical and practical advances in virtual memory management.