【操作系统】实验四 主存空间的分配和回收

1. 实验目的

用高级语言完成一个主存空间的分配和回收程序，以加深对动态分区分配方式及其算法的理解。

2．实验要求

采用连续分配方式之动态分区分配存储管理，使用首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法4种算法完成设计(任选两种算法)。

（1）设计一个作业申请队列以及作业完成后的释放顺序，实现主存的分配和回收。采用分区说明表进行。

（2）或在程序运行过程，由用户指定申请与释放。

（3）设计一个空闲区说明表，以保存某时刻主存空间占用情况。把空闲区说明表的变化情况以及各作业的申请、释放情况显示。

二、实验内容

编写并调试一个模拟的内存分配与回收程序，使用首次适应算法、循环首次适应算法对内存空间的分配与回收。

三、实验方法、步骤及结果测试

1.    源程序名：a.cpp

可执行程序名：a.exe

2.    原理分析

（1）编写该程序首先要给定一个一定空间大小的内存，即申请空闲区空间最大值，并且要定义空间的各分区的作业标号、分区起始地址、分区长度，单位为字节、分区表的状态位、前向指针、后向指针、已分配分区表、空闲分区等。

（2）通过定义空间分区后，还要定义空间分区链表并对其进行初始化，对空闲分区和已分配分区进行链表访问，对于空闲分区可以分配给新进来的进程使用，对于已分配的分区，则等进程执行结束后在回收空间，恢复空闲区。通过链表的访问实现整个空间分区的分配与回收。

3.      主要程序段及其解释：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h> 
const int CANUSE = 1;   //未分配状态
const int CANTUSE = 0;   //空表目状态
const int SIZE = 128;   //初始化内存
//内存分区 
struct Att
{      
    int begin_addr;    //空闲区起始地址       
    int length;      //一个连续空闲区的长度        
    int state;   //状态        
    char task_name[32];    //内存中任务名      
    struct Att *next;    //指向下一个空闲分区
};
 
//内存头指针 
struct Att *head = NULL;
 
//显示当前内存分配情况 
void showsave()
{
     struct Att *Mpoint = head;
      
     printf("内存的使用情况\n");
     printf("begin_addr\tlength\tstate\ttask_name\n"); 
      
     while( NULL!=Mpoint)
     {
         printf("%dk\t\t",Mpoint->begin_addr);
         printf("%dk\t",Mpoint->length);
         Mpoint->state?printf("CANUSE\t"):printf("CANTUSE\t");
         printf("%s\n",Mpoint->task_name);
         Mpoint = Mpoint->next;
     } 
     
     system("pause");   //输出Press any key to exit
      
}

//插入任务到空闲分区 
int Ainsert(struct Att* Anew)
{
 
     struct Att *Zinsert = head;
     //flag用于指示是Zinsert到了NULL，既没有内存可以分配 
     int flag = 1;   
      
     while( Zinsert->length<Anew->length || !Zinsert->state)
     {
             if( NULL!=Zinsert->next )
             {
                Zinsert = Zinsert->next;
             }
             else
             {   
                 Zinsert = Zinsert->next;
                 break;
             }
             
     }
      
     if( NULL==Zinsert ) 
     {
         return 0;
     }
     
     if( SIZE == Zinsert->begin_addr+Anew->length )   //分配完最后一块内存
     {
          Zinsert->state = CANTUSE;
          strcpy(Zinsert->task_name , Anew->task_name);
          Zinsert->next = NULL;
          return 1;
     }
     else
     {
         struct Att *Ztail = (struct Att *)malloc(sizeof(struct Att));
         Zinsert->state = CANTUSE;
         strcpy(Zinsert->task_name , Anew->task_name);
         Zinsert->length = Anew->length;
         Zinsert->next = Ztail;
          
         memset( Ztail, 0, sizeof(char)*32 );
         Ztail->begin_addr = Zinsert->begin_addr + Anew->length;
         Ztail->state = CANUSE;
         Ztail->length = SIZE - Ztail->begin_addr;
         Ztail->next = NULL;
          
         return 1;
     }
}
 
//分配内存 
void memoallocate(void)
{
     struct Att *Anew = (struct Att*)malloc(sizeof(struct Att));
     printf("输入要分配内存大小(kb):\n");
     scanf("%d",&Anew->length);
     printf("输入任务名:\n");
     scanf("%s",&Anew->task_name);
     Ainsert(Anew)?printf("分配内存成功\n"):printf("没有符合大小的空闲分区，内存分配失败。\n"); 
     system("pause");
     free(Anew);
}
 

//回收内存功能
int Mreturn(char taskname[])
{
    struct Att *front = NULL;
    struct Att *position = head;
    struct Att *tail = head->next;
     
    while( 0!=strcmp(position->task_name,taskname) ) 
    {
           front = position;
           if( NULL!=position->next )
           {
               position = position->next;
           }
           else
           {
               position = NULL;
               break;
           }
           tail = position->next;
    }
     
    if( NULL==position )
    {
        printf("内存中没有此任务！");   
    }
    else
    {
      
      if( NULL!=tail&&NULL!=front )
       {
     
            if( front->state&&tail->state )
            {
                front->length = front->length + position->length + tail->length;
                front->next = tail->next;
                free(position);
                free(tail);
            }
            else if( front->state&&!tail->state )
            {
                front->length = front->length + position->length;
                front->next = position->next;
                free(position);
            }
            else if( !front->state&&tail->state )
            {
                position->length = position->length + tail->length;
                memset( position->task_name, 0, sizeof(char)*32 );
                position->next = tail->next;
                position->state = CANUSE;
                free(tail);
            }
            else if( !front->state&&!tail->state )
            {
                memset( position->task_name, 0, sizeof(char)*32 );
                position->state = CANUSE;   
            }
       }
       else if( NULL!=tail&&NULL==front )
       {
         if( !tail->state )
          {
             memset( position->task_name, 0, sizeof(char)*32 );
             position->state = CANUSE;
          }
          else
          {
             position->length = position->length + tail->length;
             position->next = NULL;
             free(tail);
          }
       } 
       else if( NULL==tail&&NULL!=front )
       {
         if(front->state)
          { 
              front->length = front->length + position->length;
              front->next = NULL;
              free(position);
          }
          else
          {
              memset( position->task_name, 0, sizeof(char)*32 );
              position->state = CANUSE;
          }
       }
       else if( NULL==tail&&NULL==front )
       {
            memset( position->task_name, 0, sizeof(char)*32 );
            position->state = CANUSE; 
       }
    printf("内存回收成功！\n");
    } 
    return 0;
}

//回收内存
void memoreturn(void)
{
     char tname[32];
     printf("输入要收回的任务名\n");
     scanf("%s",tname);
     Mreturn(tname); 
     system("pause"); 
} 
  
int main(void)
{
     int f = 0;
      
     //初始化head 
     head = (struct Att*)malloc(sizeof(struct Att));
     head->begin_addr = 0;
     head->length = SIZE;
     head->state = CANUSE;
     memset(head->task_name, 0, sizeof(char)*32 );
     head->next = NULL;
      
     while( 1 )
     {
           printf("-----------主存分配和回收系统（首次适应算法）------------");
           printf("\n1:查看内存分配情况\n");
           printf("2:申请分配内存\n");
           printf("3:申请回收内存\n");
           printf("4:退出程序\n");
           printf("\n");
           scanf("%d",&f);
           switch( f )
           {
               case 1 :showsave();break;
               case 2 :memoallocate();break;
               case 3 :memoreturn();break; 
               case 4 :return 1;
           }
           system("cls");    //清屏操作
     }       
}

4.运行结果

 

四、实验总结

在本次试验中，我详细的了解了每份内存的分配情况，我运用了链表来模拟每份内存的存放与消除，不过目前还只完成了一种算法，计划在本学期剩下的时间里运用空闲去了解其余的算法，体会更多种内存的分配方式