操作系统动态分区分配方式原理详解与代码测试

操作系统的动态分区分配方式是操作系统中存储器管理中连续分配方式的其中一种，另外三种分配方式分别是：单一连续分配、固定分区分配、动态分区分配、动态重定位分区分配。连续分配方式，是指为一个用户程序分配一个连续的内存空间。

内容：
(1)．用C或其他语言分别实现采用首次适应算法和最佳适应算法的动态分区分配过程和回收过程。
(2)．设置初始状态，每次分配和回收后显示出空闲内存分区链的情况。
原理：
    分区分配，首次适应算法，最佳适应算法等。 
 

源代码（只进行了小规模的数据测验）：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#define SIZE 640 // 内存初始大小
#define MINSIZE 5 // 碎片最小值
enum STATE { Free, Busy };

struct subAreaNode {
intaddr; // 起始地址
intsize; // 分区大小
inttaskId; //作业号
STATEstate; //分区状态
subAreaNode *pre; // 分区前向指针
subAreaNode *nxt; // 分区后向指针
}subHead;

// 初始化空闲分区链
void intSubArea()
{
//分配初始分区内存
subAreaNode *fir = (subAreaNode*)malloc(sizeof(subAreaNode));
//给首个分区赋值
fir->addr = 0;
fir->size = SIZE;
fir->state = Free;
fir->taskId = -1;
fir->pre =&subHead;
fir->nxt =NULL;
//初始化分区头部信息
subHead.pre = NULL;
subHead.nxt = fir;
}

// 首次适应算法
int firstFit(int taskId, int size)
{
subAreaNode *p = subHead.nxt;
while(p!= NULL)
{
if(p->state ==Free && p->size>= size) {
// 找到要分配的空闲分区
if(p->size - size<= MINSIZE) {
//整块分配
p->state = Busy;
p->taskId = taskId;
} else {
//分配大小为size的区间
subAreaNode *node = (subAreaNode*)malloc(sizeof(subAreaNode));
node->addr = p->addr +size;
node->size = p->size -size;
node->state = Free;
node->taskId = -1;
//修改分区链节点指针
node->pre = p;
node->nxt = p->nxt;
if(p->nxt != NULL) {
p->nxt->pre =node;
}
p->nxt = node;
//分配空闲区间
p->size = size;
p->state = Busy;
p->taskId = taskId;
}
printf("内存分配成功！n");
return 1;
}
p =p->nxt;
}
printf("找不到合适的内存分区，分配失败...n");
return0;
}

// 最佳适应算法
int bestFit(int taskId, int size)
{
subAreaNode *tar = NULL;
inttarSize = SIZE + 1;
subAreaNode *p = subHead.nxt;
while(p!= NULL)
{
// 寻找最佳空闲区间
if(p->state ==Free && p->size>= size &&p->size < tarSize) {
tar = p;
tarSize = p->size;
}
p =p->nxt;
}
if(tar!= NULL) {
// 找到要分配的空闲分区
if(tar->size -size <= MINSIZE) {
//整块分配
tar->state = Busy;
tar->taskId = taskId;
} else {
//分配大小为size的区间
subAreaNode *node = (subAreaNode*)malloc(sizeof(subAreaNode));
node->addr = tar->addr +size;
node->size = tar->size -size;
node->state = Free;
node->taskId = -1;
//修改分区链节点指针
node->pre = tar;
node->nxt = tar->nxt;
if(tar->nxt != NULL) {
tar->nxt->pre =node;
}
tar->nxt = node;
//分配空闲区间
tar->size = size;
tar->state = Busy;
tar->taskId = taskId;
}
printf("内存分配成功！n");
return 1;
} else{
// 找不到合适的空闲分区
printf("找不到合适的内存分区，分配失败...n");
return 0;
}
}

// 回收内存
int freeSubArea(int taskId)
{
intflag = 0;
subAreaNode *p = subHead.nxt, *pp;
while(p!= NULL)
{
if(p->state ==Busy && p->taskId ==taskId) {
flag = 1;
if((p->pre !=&subHead &&p->pre->state ==Free)
&& (p->nxt != NULL&&p->nxt->state == Free)) {
//情况1：合并上下两个分区
//先合并上区间
pp =p;
p =p->pre;
p->size += pp->size;
p->nxt = pp->nxt;
pp->nxt->pre = p;
free(pp);
//后合并下区间
pp =p->nxt;
p->size += pp->size;
p->nxt = pp->nxt;
if(pp->nxt != NULL) {
pp->nxt->pre = p;
}
free(pp);
} else if((p->pre ==&subHead ||p->pre->state == Busy)
&& (p->nxt != NULL&&p->nxt->state == Free)) {
//情况2：只合并下面的分区
pp =p->nxt;
p->size += pp->size;
p->state = Free;
p->taskId = -1;
p->nxt = pp->nxt;
if(pp->nxt != NULL) {
pp->nxt->pre = p;
}
free(pp);
} else if((p->pre !=&subHead &&p->pre->state == Free)
&& (p->nxt == NULL|| p->nxt->state == Busy)){
//情况3：只合并上面的分区
pp =p;
p =p->pre;
p->size += pp->size;
p->nxt = pp->nxt;
if(pp->nxt != NULL) {
pp->nxt->pre = p;
}
free(pp);
} else {
//情况4：上下分区均不用合并
p->state = Free;
p->taskId = -1;
}
}
p =p->nxt;
}
if(flag== 1) {
// 回收成功
printf("内存分区回收成功...n");
return 1;
} else{
// 找不到目标作业，回收失败
printf("找不到目标作业，内存分区回收失败...n");
return 0;
}
}

// 显示空闲分区链情况
void showSubArea()
{
printf("*********************************************n");
printf("** 当前的内存分配情况如下： **n");
printf("*********************************************n");
printf("** 起始地址 | 空间大小 | 工作状态 | 作业号 **n");
subAreaNode *p = subHead.nxt;
while(p!= NULL)
{
printf("**-----------------------------------------**n");
printf("**");
printf("%d k |", p->addr);
printf("%d k |", p->size);
printf(" %s |", p->state == Free ? "Free": "Busy");
if(p->taskId> 0) {
printf("%d ", p->taskId);
} else {
printf(" ");
}
printf("**n");
p =p->nxt;
}
printf("*********************************************n");
}

int main()
{
intoption, ope, taskId, size;
//初始化空闲分区链
intSubArea();
//选择分配算法
while(1)
{
printf("请选择要模拟的分配算法：
0 表示首次适应算法，1 表示最佳适应算法n");
scanf("%d",&option);
if(option == 0) {
printf("你选择了首次适应算法，下面进行算法的模拟n");
break;
} else if(option == 1){
printf("你选择了最佳适应算法，下面进行算法的模拟n");
break;
} else {
printf("错误：请输入 0/1nn");
}
}
//模拟动态分区分配算法
while(1)
{
printf("n");
printf("*********************************************n");
printf("** 1: 分配内存 2:回收内存 0: 退出 **n");
printf("*********************************************n");
scanf("%d",&ope);
if(ope == 0)break;
if(ope == 1) {
// 模拟分配内存
printf("请输入作业号： ");
scanf("%d", &taskId);
printf("请输入需要分配的内存大小(KB)： ");
scanf("%d", &size);
if(size <= 0) {
printf("错误：分配内存大小必须为正值n");
continue;
}
// 调用分配算法
if(option == 0) {
firstFit(taskId, size);
} else {
bestFit(taskId, size);
}
// 显示空闲分区链情况
showSubArea();
} else if(ope == 2){
// 模拟回收内存
printf("请输入要回收的作业号： ");
scanf("%d", &taskId);
freeSubArea(taskId);
// 显示空闲分区链情况
showSubArea();
} else {
printf("错误：请输入 0/1/2n");
}
}
printf("分配算法模拟结束n");
return0;
}