操作系统之实验四主存空间的分配和回收

实验四主存空间的分配和回收

专业：商业软件工程 班级：商软2班 姓名：甘佳萍 学号：201406114207

一. 目的和要求

1.1. 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。

1.2. 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。

（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

第一步：

完成程序数据结构的创建，初始化内存分配情况，创建空闲分区表和已分配分区表。

第二步：

完成为某作业分配内存空间。

用户输入作业名称；

判断作业名称是否已经存在，如果存在则要求用户重新输入；

用户输入作业所占空间大小；

判断是否能够在剩余的空闲区域中找到一块放置该作业，如果不行则要求用户重新输入；

显示菜单，由用户选择使用哪一种分配算法：

1) 首次适应算法

2) 循环首次适应算法

3) 最佳适应算法

4) 最坏适应算法

6.为该作业分配内存空间，分配处理流程图如下（size的值设定为1K）

7.屏幕显示分配后的内存分区情况。

第三步：

完成内存空间回收；

由用户输入作业的ID，决定所要终止的作业；

判断是否存在用户所输入的ID，如果存在则进行终止，否则提示作业不存在；

判断即将终止的作业前后是否有空闲区域，如果没有则作业所占的空间独立成为一个空闲块，在未分配区表中增加一项；

（思考：如何判断前后是否有空闲块？）

4.即将终止作业所占空间前后有空闲块的情况：（X代表即将被终止的作业，黑色代表内存中的空闲块）

所以，判断某个即将被终止的作业所占空间前面是否有空闲块的方法是：作业空间的起始地址A.begin是否等于某个空闲块的结束地址B.end，若相等，则前面有空闲块，则需要合并；若不相等则再判断后面是否有空闲块。

回答：如何判断？

5.进行四种情况的判断，然后分别做出相应的区块回收操作。

回答：如何处理回收？

6.显示回收后的内存使用情况。

根据指定的实验课题，完成设计、编码和调试工作，完成实验报告。

三、 实验方法、步骤及结果测试

1. 源程序名：压缩包文件（rar或zip）中源程序名OS.c

可执行程序名：OS.exe

2. 原理分析及流程图

主要总体设计问题。

(包括存储结构，主要算法，关键函数的实现等)

存储结构：

typedef struct free_table//定义一个空闲区说明表结构
{
int num; //分区序号
long begin; //起始地址
long size;   //分区大小
int status;   //分区状态
}ElemType;

typedef struct Node// 线性表的双向链表存储结构
{
ElemType data;
struct Node *prior; //前趋指针
struct Node *next;  //后继指针
}Node,*LinkList;

LinkList first; //头结点
LinkList end;  //尾结点
int flag;//记录要删除的分区序号

Status Initblock()//开创带头结点的内存空间链表
{
first=(LinkList)malloc(sizeof(Node));
end=(LinkList)malloc(sizeof(Node));
first->prior=NULL;
first->next=end;
end->prior=first;
end->next=NULL;
end->data.num=1;
end->data.begin=40;
end->data.size=600;
end->data.status=0;
return SIZE;
}

主要算法：



关键函数：

Status allocation(int a)
Status Best_fit(int request)
Status deal1(Node *p)
Status deal2(Node *p)
Status First_fit(int request)
Status Initblock()
Status recovery(int flag)
void show()
void sort()
Status Worst_fit(int request)

3. 主要程序段及其解释：

实现主要功能的程序段，重要的是程序的注释解释。

源程序:

#include<stdio.h>
#include<conio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>

#define SIZE 1
#define ERROR 0 //出错
typedef int Status;

typedef struct free_table//定义一个空闲区说明表结构
{
int num; //分区序号
long begin; //起始地址
long size;   //分区大小
int status;   //分区状态
}ElemType;

typedef struct Node// 线性表的双向链表存储结构
{
ElemType data;
struct Node *prior; //前趋指针
struct Node *next;  //后继指针
}Node,*LinkList;

LinkList first; //头结点
LinkList end;  //尾结点
int flag;//记录要删除的分区序号

Status Initblock()//开创带头结点的内存空间链表
{
first=(LinkList)malloc(sizeof(Node));
end=(LinkList)malloc(sizeof(Node));
first->prior=NULL;
first->next=end;
end->prior=first;
end->next=NULL;
end->data.num=1;
end->data.begin=40;
end->data.size=600;
end->data.status=0;
return SIZE;
}

//菜单
void menu()
{
printf("\n                 |*************内存分配和回收***********|\n");
printf("                 |======================================|\n");
printf("                 |              0.退出                  |\n");
printf("                 |              1.首次适应算法          |\n");
printf("                 |              2.最佳适应算法          |\n");
printf("                 |              3.最坏适应算法          |\n");
printf("                 |======================================|\n");
}

void sort()//分区序号重新排序
{
Node *p=first->next,*q;
q=p->next;
for(;p!=NULL;p=p->next)
{
for(q=p->next;q;q=q->next)
{
if(p->data.num>=q->data.num)
{
q->data.num+=1;
}
}
}
}

//显示主存分配情况
void show()
{
int flag=0;//用来记录分区序号
Node *p=first;
p->data.num=0;
p->data.begin=0;
p->data.size=40;
p->data.status=1;
sort();
printf("\n\t\t》主存空间分配情况《\n");
printf("**********************************************************\n\n");
printf("分区序号\t起始地址\t分区大小\t分区状态\n\n");
while(p)
{
printf("%d\t\t%d\t\t%d",p->data.num,p->data.begin,p->data.size);
if(p->data.status==0) printf("\t\t空闲\n\n");
else printf("\t\t已分配\n\n");
p=p->next;
}
printf("**********************************************************\n\n");
}

//首次适应算法
Status First_fit(int request)
{
//为申请作业开辟新空间且初始化
Node *p=first->next;
LinkList temp=(LinkList)malloc(sizeof(Node));
temp->data.size=request;
temp->data.status=1;
p->data.num=1;
while(p)
{
if((p->data.status==0)&&(p->data.size==request))
{
//有大小恰好合适的空闲块
p->data.status=1;
return SIZE;
break;
}
else if((p->data.status==0) && (p->data.size>request))
{
//有空闲块能满足需求且有剩余
temp->prior=p->prior;
temp->next=p;
temp->data.begin=p->data.begin;
temp->data.num=p->data.num;
p->prior->next=temp;
p->prior=temp;
p->data.begin=temp->data.begin+temp->data.size;
p->data.size-=request;
p->data.num+=1;
return SIZE;
break;
}
p=p->next;
}
return ERROR;
}

//最佳适应算法
Status Best_fit(int request)
{
int ch; //记录最小剩余空间
Node *p=first;
Node *q=NULL; //记录最佳插入位置
LinkList temp=(LinkList)malloc(sizeof(Node));
temp->data.size=request;
temp->data.status=1;
p->data.num=1;
while(p) //初始化最小空间和最佳位置
{
if((p->data.status==0) && (p->data.size>=request) )
{
if(q==NULL)
{
q=p;
ch=p->data.size-request;
}
else if(q->data.size > p->data.size)
{
q=p;
ch=p->data.size-request;
}
}
p=p->next;
}
if(q==NULL) return ERROR;//没有找到空闲块
else if(q->data.size==request)
{
q->data.status=1;
return SIZE;
}
else
{
temp->prior=q->prior;
temp->next=q;
temp->data.begin=q->data.begin;
temp->data.num=q->data.num;
q->prior->next=temp;
q->prior=temp;
q->data.begin+=request;
q->data.size=ch;
q->data.num+=1;
return SIZE;
}
return SIZE;
}

//最差适应算法
Status Worst_fit(int request)
{
int ch; //记录最大剩余空间
Node *p=first->next;
Node *q=NULL; //记录最佳插入位置
LinkList temp=(LinkList)malloc(sizeof(Node));
temp->data.size=request;
temp->data.status=1;
p->data.num=1;
while(p) //初始化最大空间和最佳位置
{
if(p->data.status==0 && (p->data.size>=request) )
{
if(q==NULL)
{
q=p;
ch=p->data.size-request;
}
else if(q->data.size < p->data.size)
{
q=p;
ch=p->data.size-request;
}
}
p=p->next;
}
if(q==NULL) return ERROR;//没有找到空闲块
else if(q->data.size==request)
{
q->data.size=1;
return SIZE;
}
else
{
temp->prior=q->prior;
temp->next=q;
temp->data.begin=q->data.begin;
temp->data.num=q->data.num;
q->prior->next=temp;
q->prior=temp;
q->data.begin+=request;
q->data.size=ch;
q->data.num+=1;
return SIZE;
}
return SIZE;
}

//分配主存
Status allocation(int a)
{
int request;//申请内存大小
printf("请输入申请分配的主存大小(单位:KB):");
scanf("%d",&request);
if(request<0 ||request==0)
{
printf("分配大小不合适，请重试！");
return ERROR;
}
switch(a)
{
case 1: //默认首次适应算法
if(First_fit(request)==SIZE) printf("\t****分配成功！****");
else printf("\t****内存不足，分配失败！****");
return SIZE;
break;
case 2: //选择最佳适应算法
if(Best_fit(request)==SIZE) printf("\t****分配成功！****");
else printf("\t****内存不足，分配失败！****");
return SIZE;
break;
case 3: //选择最差适应算法
if(Worst_fit(request)==SIZE) printf("\t****分配成功！****");
else printf("\t****内存不足，分配失败！****");
return SIZE;
break;
}
}

Status deal1(Node *p)//处理回收空间
{
Node *q=first;
for(;q!=NULL;q=q->next)
{
if(q==p)
{
if(q->prior->data.status==0&&q->next->data.status!=0)
{
q->prior->data.size+=q->data.size;
q->prior->next=q->next;
q->next->prior=q->prior;
q=q->prior;
q->data.status=0;
q->data.num=flag-1;
}
if(q->prior->data.status!=0&&q->next->data.status==0)
{
q->data.size+=q->next->data.size;
q->next=q->next->next;
q->next->next->prior=q;
q->data.status=0;
q->data.num=flag;
}
if(q->prior->data.status==0&&q->next->data.status==0)
{
q->prior->data.size+=q->data.size;
q->prior->next=q->next;
q->next->prior=q->prior;
q=q->prior;
q->data.status=0;
q->data.num=flag-1;
}
if(q->prior->data.status!=0&&q->next->data.status!=0)
{
q->data.status=0;
}
}
}
return SIZE;
}

Status deal2(Node *p)//处理回收空间
{
Node *q=first;
for(;q!=NULL;q=q->next)
{
if(q==p)
{
if(q->prior->data.status==0&&q->next->data.status!=0)
{
q->prior->data.size+=q->data.size;
q->prior->next=q->next;
q->next->prior=q->prior;
q=p->prior;
q->data.status=0;
q->data.num=flag-1;
}
if(q->prior->data.status!=0&&q->next->data.status==0)
{
q->data.status=0;
}
if(q->prior->data.status==0&&q->next->data.status==0)
{
q->prior->data.size+=q->data.size;
q->prior->next=q->next;
q->next->prior=q->prior;
q=q->prior;
q->data.status=0;
q->data.num=flag-1;
}
if(q->prior->data.status!=0&&q->next->data.status!=0)
{
q->data.status=0;
}
}
}
return SIZE;
}

//主存回收
Status recovery(int flag)
{
Node *p=first;
for(;p!=NULL;p=p->next)
{
if(p->data.num==flag)
{
if(p->prior==first)
{
if(p->next!=end)//当前P指向的下一个不是最后一个时
{
if(p->next->data.status==0)      //与后面的空闲块相连
{
p->data.size+=p->next->data.size;
p->next->next->prior=p;
p->next=p->next->next;
p->data.status=0;
p->data.num=flag;
}
else p->data.status=0;
}
if(p->next==end)//当前P指向的下一个是最后一个时
{
p->data.status=0;
}
}
//结束if(p->prior==block_first)的情况
else if(p->prior!=first)
{
if(p->next!=end)
{
deal1(p);
}
else
{
deal2(p);
}
}//结束if(p->prior!=block_first)的情况
}//结束if(p->data.num==flag)的情况
}
printf("\t****回收成功****");
return SIZE;
}

void main()
{
int i;  //操作选择标记
int a;//算法选择标记

while(1)
{
menu();
printf("请选择输入所使用的内存分配算法 (0~3):");
scanf("%d",&a);
while(a<0||a>3)
{
printf("\n输入错误，请重新选择输入所使用的内存分配算法 (0~3):");
scanf("%d",&a);
}
switch(a)
{
case 1:printf("\n\t****使用首次适应算法：****\n");
break;
case 2:printf("\n\t****使用最佳适应算法：****\n");
break;
case 3:printf("\n\t****使用最坏适应算法：****\n");
break;
case 0:printf("\n\t****退出内存分配与回收****\n");
return;
}
Initblock(); //开创空间表
while(1)
{
show();
printf("\t1: 分配内存\t2: 回收内存\t0: 退出当前内存分配算法\n");
printf("请输入您的操作：");
scanf("%d",&i);
if(i==1)
allocation(a); // 分配内存
else if(i==2)  // 内存回收
{
printf("请输入您要释放的分区号：");
scanf("%d",&flag);
recovery(flag);
}
else if(i==0)
{
printf("\n退出当前内存分配算法，返回主菜单\n");
break; //退出
}
else //输入操作有误
{
printf("输入有误，请重新输入！");
continue;
}
}
}
}

4. 运行结果及分析

一般必须配运行结果截图，结果是否符合预期及其分析。

（截图需根据实际，截取有代表性的测试例子）

运行结果：

四、 实验总结

总之，编写主存空间的分配和回收的过程有（如解决实际问题）。从解决实际问题的角度，我们可以这样来看：首先要了解这个问题的基本要求，即输入、输出、完成从输入到输出的要求是什么；其次，从问题的要害入手，从前到后的解决问题的每个方面，即从输入开始入手，着重考虑如何从输入导出输出。在这个过程中，可确定所需的变量、数组、函数，然后确定处理的过程－－算法。可得出最后的结论，进而完成程序的编写。经过这次实验，我对主存空间的分配和回收有了深一步的了解，同时也初步了解了内存空间的工作原理。总的来说这个实验不是很难，还有这个实验很有趣。