操作系统第5次实验报告：内存管理

姓名：蒋浩天
学号：201821121024
班级：计算1811

1. 记录内存空间使用情况

创建结构体链表记录内存空间的使用情况，使用一个全局变量记录该链表的首指针。

//记录已使用内存空间 
typedef struct used_block{
    int pid;//进程id
    int size;//内存大小
    int start_addr;//首地址
    char process_name[PROCESS_NAME_LEN];//进程名
    struct allocated_block *next;
}UB;
//记录已使用内存空间链表首指针 
UB *used_block_head = NULL;

2. 记录空闲分区

同样创建结构体链表记录空闲内存空间的使用情况，使用一个全局变量记录该链表的首指针。

//记录空闲分区 
typedef struct free_block{
    int size;//大小 
    int start_addr;//起始地址 
    struct free_block_type *next;
}FB;

//记录空闲分区链表首指针 
FB *free_block;

3. 内存分配算法

使用最佳分配算法，每次分配都将最小块的满足需求空闲分区拿去分配。内存空间按空闲区从小到大排序。

分配内存，如果找到可满足空闲分区且分配后剩余空间足够大，则分割；如果找不可满足需要的空闲分区，但空闲分区之和能满足需要，则采用内存紧缩技术，进行空闲分区的合并，然后再分配；

int allocate_mem(UB *ab){
    /*分配内存模块*/
    FB *fbt,*pre;
    int request_size=ab->size;
    fbt = pre = free_block;

    //尝试寻找可分配空闲
    int f = find_free_mem(request_size);
    if(f == -1){
        //不够分配
        printf("Free mem is not enough,Allocate fail!\n");
        return -1;
    }else{
        if(f == 0){
            //需要内存紧缩才能分配
            memory_compact();
        }
        //执行分配
        do_allocate_mem(ab);
    }
    //重新排布空闲分区
    rearrange_BF();
    return 1;
} 

//执行分配内存
void do_allocate_mem(UB *ab){
    int request = ab->size;
    FB *tmp = free_block;
    while(tmp != NULL){
        if(tmp->size >= request){
            //分配
            ab->start_addr = tmp->start_addr;
            int shengyu = tmp->size - request;
            if(shengyu <= min_mem_size){
                //剩余过小全部分配
                ab->size = tmp->size;
                if(tmp == free_block){
                    free_block = free_block->next;
                    free(tmp);
                }else{
                    FB *t = free_block;
                    while(t->next != tmp){
                        t = t->next;
                    }
                    t->next = tmp->next;
                    free(tmp);
                }
            }else{
                //切割出分配走的内存
                tmp->size = shengyu;
                tmp->start_addr = tmp->start_addr + request;
            }
            return ;
        }
        tmp = tmp->next;
    }
}

内存空间按空闲区从小到大排序

void rearrange_BF(){//最佳适应算法，空闲分区按大小从小到大排序
    if(free_block == NULL || free_block->next == NULL)
        return;
    FB *t1,*t2,*head;
    head = free_block;
    for(t1 = head->next;t1;t1 = t1->next){
        for(t2 = head;t2 != t1;t2=t2->next){
            if(t2->size > t2->next->size){
                int tmp = t2->start_addr;
                t2->start_addr = t2->next->start_addr;
                t2->next->start_addr = tmp;

                tmp = t2->size;
                t2->size = t2->next->size;
                t2->next->size = tmp;
            }
        }
    }
}

4. 内存释放算法

根据进程号查找该进程节点，找到该节点释放该节点的分配空间和该结构节点。

//终止进程 
int end_process(int p){
    UB *ab;
    printf("Kill Process,pid= %d\n",p);
    ab = find_process(p);
    if(ab!=NULL){
        free_mem(ab);    //释放该节点的分配空间
        dispose(ab);    //释放该数据结构节点
        return 0;
    }else{
        return -1;
    }
}

查找节点

//找到pid对应的链表节点
UB *find_process(int pid){
    UB *tmp = allocated_block_head;
    while(tmp != NULL){
        if(tmp->pid == pid){
            return tmp;
        }
        tmp = tmp->next;
    }
    printf("Cannot find pid:%d\n",pid);
    return NULL;
}

释放结构节点和结构空间

//释放链表节点
int dispose(UB *free_ab){
    /*释放ab数据结构节点*/
    UB *pre,*ab;
    if(free_ab == allocated_block_head){
        //如果要是释放第一个节点
        allocated_block_head = allocated_block_head->next;
        free(free_ab);
        return 1;
    }
    pre = allocated_block_head;
    ab = allocated_block_head->next;
    while(ab!=free_ab){
        pre = ab;
        ab = ab->next;
    }
    pre->next = ab->next;
    free(ab);
    return 2;
}

//释放进程所占用的内存
int free_mem(UB *ab){
    /* 将ab所表示的已分配区归还，并进行可能的合并 */
    int algorithm = ma_algorithm;
    FB *fbt,*pre,*work;
    fbt = (FB*)malloc(sizeof(FBT));
    if(!fbt) return -1;
    fbt->size = ab->size;
    fbt->start_addr = ab->start_addr;

    //插至末尾
    work = free_block;
    if(work == NULL){
        free_block = fbt;
        fbt->next == NULL;
    }else{
        while(work ->next != NULL){
            work = work->next;
        }
        fbt->next = work->next;
        work->next = fbt;
    }
    //按地址重新排布
    rearrange_FF();

    //合并可能分区;即若两空闲分区相连则合并
    pre = free_block;
    while(pre->next){
        work = pre->next;
        if(pre->start_addr + pre->size == work->start_addr ){
            pre->size = pre->size + work->size;
            pre->next = work->next;
            free(work);
            continue;
        }else{
            pre = pre->next;
        }
    }

    //按照当前算法排序
    rearrange(ma_algorithm);
    return 1;
}

5. 运行结果

根据实验要求，先初始化三个进程，进程所占空间随机生成，之后进入循环，结束释放一个进程，在分配生成一个所占空间大小随机的进程。

测试代码：

int main(int argc, char const *argv[]){
    free_block = init_free_block(mem_size); //初始化空闲区
    set_mem_size();
    int size;
    srand((unsigned)time(0));
    //初始化三个程序 
    for(int i=0;i<3;i++){
        
        size=rand()%100;
        create_process(size);
    }
    //测试12组数据 
    for(int j=0;j<12;j++){
        int p=j+1;
        end_process(p);//结束一个 
    
        size=rand()%100;
        create_process(size);//创造一个 
        display_mem_usage();
    } 
    
}