内存管理实验报告.doc

操作系统课程设计报告 题 目：动态分区内存管理班 级：计算机1303班 学 号： 2120131138姓 名： 徐叶指导教师：代仕芳 日 期： 2015.11.5一、 实验目的及要求 本实验要求用高级语言编写模拟内存的动态分区分配和回收算法（不考虑紧凑），以便加深理解并实现首次适应算法（FF）、循环首次适应算法(NF)、最佳适应算法（BF），最坏适应算法(WF)的具体实现。二、 实验内容 本实验主要针对操作系统中内存管理相关理论进行实验，要求实验者编写一个程序，该程序管理一块虚拟内存，实现内存分配和回收功能。1） 设计内存分配的数据结构（空闲分区表/空闲分区链），模拟管理 64M 的内存块；2） 设计内存分配函数；3） 设计内存回收函数；4） 实现动态分配和回收操作；5） 可动态显示每个内存块信息 动态分区分配是要根据进程的实际需求，动态地分配内存空间，涉及到分区分配所用的数据结构、分区分配算法和分区的分配回收。程序主要分为四个模块：（1）首次适应算法（FF） 在首次适应算法中，是从已建立好的数组中顺序查找，直至找到第一个大小能满足要求的空闲分区为止，然后再按照作业大小，从该分区中划出一块内存空间分配给请求者，余下的空间令开辟一块新的地址，大小为原来的大小减去作业大小，若查找结束都不能找到一个满足要求的分区，则此次内存分配失败。 （2）循环首次适应算法(NF) 该算法是由首次适应算法演变而成，在为进程分配内存空间时，不再是每次都从第一个空间开始查找，而是从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，直至找到第一个能满足要求的空闲分区，从中划出一块与请求大小相等的内存空间分配给作业，为实现本算法，设置一个全局变量f，来控制循环查找，当f%N=0时，f=0；若查找结束都不能找到一个满足要求的分区，则此次内存分配失败。（3）最佳适应算法(BF) 最坏适应分配算法是每次为作业分配内存时，扫描整个数组，总是把能满足条件的，又是最小的空闲分区分配给作业。 （4）最坏适应算法(WF) 最坏适应分配算法是每次为作业分配内存时，扫描整个数组，总是把能满足条件的，又是最大的空闲分区分配给作业。 系统从空闲分区链表中找到所需大小的分区，如果空闲分区大小大于分区大小，则从分区中根据请求的大小划分出一块内存分配出去，余下的部分则留在空闲链表中。然后，将分配区的首址返回给调用者。当进程运行完回收内存时，系统根据回收区的首址，从空闲区中找到相应的插入点，此时可能出现四种情况：1、 当空闲区的上下两相邻分区都是空闲区：将三个空闲区合并为一个空闲区。新空闲区的起始地址为上空闲区的始址，大小为三个空闲区之和。空闲区合并后，取消可用表中下空闲区的表目项，修改上空闲区的对应项。2、 当空闲区的上相邻区是空闲区：将释放区与上空闲区合并为一个空闲区，其起始地址为上空闲区的起始地址，大小为上空闲区与释放区之和。合并后修改上空闲区对应的可用表的表目项。3、 当空闲区的下相邻区是空闲区：将释放区与下空闲区合并，并将释放区的始址作为合并区的始址。合并区的长度为释放区与下空闲区之和。合并后修改可用表中相应的表目项。4、 两相邻区都不是空闲区：释放区作为一个新空闲可用区插入可用表。三、调试及运行测试案例： 假定主存中按地址顺序依次有五个空闲区。始址地址分别为：3K, 40K, 60K, 100K, 500K,空闲区大小依次为：32k,10k,15k,228k,100k。现有五个作业J1,J2,J3,J4,J5。他们各需要主存1k,10k,128k,28k,25k。作业的完成顺序为：J5, J1,J3,J2,J4，每完成一个作业系统回收为其分配的内存空间，使用回收算法，回收内存。初始界面（输入）主存分配情况(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(首次适应算法下)分配内存(首次适应算法下)回收内存四、总结老师布置这次的实验题目的一开始，自己根本不知道要干什么，因为在上课时对动态分区分配这节内容学得没有很深刻，对许多东西一知半解，所以在上机时根本不知道如何下手，后来，将本章内容反复的看了几遍之后，终于有了自己的思路。通过此次的学习，理解了内存管理的相关理论，掌握了连续动态分区管理的理论，通过对实际问题的编程实现，获得实际应用和编程能力；充分了解了内存管理的机制实现，从而对计算机的内部有了更深的认识，对于以后对操作系统的深入有很大的作用。在做课程设计的过程中我遇到了不少问题，比如链表指针部分就很容易搞混，而且很多地方不容易考虑全面，比如内存回收时空闲区的合并部分，要考虑释放的内存空间前后是否为空闲区，若是，如何来合并，另外若用的是最佳适应算法，进行内存回收时还有考虑前后空闲块地址是否相接，因为它是按照块的大小排序的，若不相接，即使两个块在链表中的位置相邻，也不能合并，而且要注意每次分配或释放空间后都要对链表进行排序，这是由算法思想决定的，这些条件都是在做的过程中逐步完善的，所遇到的这些问题通过询问同学和查阅资料得以解决。 整个实验做完后，我对内存动态分区内存管理有了更加深刻的理解，我个人的编程能力也得到了一定程度的提高。附录（附录源代码）#include #include using namespace std; #define Free 0 /空闲状态 #define Busy 1 /已用状态 #define Notfree 2#define OK 1 /完成 #define ERROR 0 /出错 #define MAX_length 65536 /最大内存空间为64M typedef int Status; int flag; typedef struct freearea/定义一个空闲区说明表结构 long size; /分区大小 long address; /分区地址 int state; /状态 ElemType; / 线性表的双向链表存储结构 typedef struct DuLNode ElemType data; struct DuLNode *prior; /前趋指针 struct DuLNode *next; /后继指针 DuLNode,*DuLinkList; DuLinkList block_first; /头结点 DuLinkList block_last; /尾结点 Status alloc(int);/内存分配 Status free(int); /内存回收 Status FF(int);/首次适应算法 Status NF(int);/循环首次适应算法Status BF(int); /最佳适应算法 Status WF(int); /最差适应算法 void show();/查看分配 Status Initblock();/开创空间表 Status Initblock()/开创带头结点的内存空间链表 block_first=(DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode); block_last=(DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode); block_first-prior=NULL; block_first-next=block_last; block_last-prior=block_first; block_last-next=NULL; block_last-data.address=0; block_last-data.size=MAX_length; block_last-data.state=Notfree; return OK; Status NotFree(int i,int j)DuLinkList temp=(DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode); static DuLNode *p=block_first-next;temp-data.size=i; temp-data.state=Free; temp-prior=p-prior; temp-next=p; temp-data.address=j; p-prior-next=temp; p-prior=temp; p-data.address=temp-data.address+temp-data.size; p-data.size-=i; temp-next=block_last;block_last-prior=temp;return OK;/分配主存 Status alloc(int ch) int request = 0; coutrequest; if(request0 |request=0) cout分配大小不合适，请重试！endl; return ERROR; if(ch=2) /选择首次循环适应算法 if(NF(request)=OK) cout分配成功！endl; else cout内存不足，分配失败！endl; return OK; if(ch=3) /选择最佳适应算法 if(BF(request)=OK) cout分配成功！endl; else cout内存不足，分配失败！endl; return OK; if(ch=4) /选择最差适应算法 if(WF(request)=OK) cout分配成功！endl; else cout内存不足，分配失败！endl; return OK; else /默认首次适应算法 if(FF(request)=OK) cout分配成功！endl; else cout内存不足，分配失败！data.size=request; temp-data.state=Busy; DuLNode *p=block_first-next; while(p) if(p-data.state=Free & p-data.size=request) /有大小恰好合适的空闲块 p-data.state=Busy; return OK; break; if(p-data.state=Free & p-data.sizerequest) /有空闲块能满足需求且有剩余 temp-prior=p-prior; temp-next=p; temp-data.address=p-data.address; p-prior-next=temp; p-prior=temp; p-data.address=temp-data.address+temp-data.size; p-data.size-=request; return OK; break; p=p-next; return ERROR; /循环首次适应算法Status NF(int request)/为申请作业开辟新空间且初始化DuLinkList temp=(DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode); temp-data.size=request; temp-data.state=Busy; static DuLNode *p=block_first-next;/static 其值在下次调用时仍维持上次的值if(p-data.sizenext;while(p)if(p-data.state=Free&p-data.size=request)/有大小恰好合适的空闲块p-data.state=Busy;return OK;break;if(p-data.state=Free&p-data.sizerequest)/有空闲块能满足需求且有剩余temp-prior=p-prior;temp-next=p;temp-data.address=p-data.address;p-prior-next=temp;p-prior=temp;p-data.address=temp-data.address+temp-data.size;p-data.size-=request;return OK;break;p=p-next;return ERROR;/最佳适应算法 Status BF(int request) int ch; /记录最小剩余空间 DuLinkList temp=(DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode); temp-data.size=request; temp-data.state=Busy; DuLNode *p=block_first-next; DuLNode *q=NULL; /记录最佳插入位置 while(p) /初始化最小空间和最佳位置 if(p-data.state=Free & (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.state=Busy; return OK; else temp-prior=q-prior; temp-next=q; temp-data.address=q-data.address; q-prior-next=temp; q-prior=temp; q-data.address+=request; q-data.size=ch; return OK; return OK; /最坏适应算法 Status WF(int request) int ch; /记录最大剩余空间 DuLinkList temp=(DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode); temp-data.size=request; temp-data.state=Busy; DuLNode *p=block_first-next; DuLNode *q=NULL; /记录最佳插入位置 while(p) /初始化最大空间和最佳位置 if(p-data.state=Free & (p-data.size=request) ) if(q=NULL) q=p; ch=p-data.size-request; else if(q-data.size 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.state=Busy; return OK; else temp-prior=q-prior; temp-next=q; temp-data.address=q-data.address; q-prior-next=temp; q-prior=temp; q-data.address+=request; q-data.size=ch; return OK; return OK; /主存回收 Status free(int flag) DuLNode *p=block_first; for(int i= 0; i next; else return ERROR; p-data.state=Free; if(p-prior!=block_first & p-prior-data.state=Free&p-data.address=p-prior-data.address+p-prior-data.size)/与前面的空闲块相连 p-prior-data.size+=p-data.size; p-prior-next=p-next; p-next-prior=p-prior; p=p-prior; if(p-next!=block_last & p-next-data.state=Free&p-next-data.address=p-data.address+p-data.size)/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; if(p-next=block_last & p-next-data.state=Free)/与最后的空闲块相连 p-data.size+=p-next-data.size; p-next=NULL; return OK; /显示主存分配情况 void show() int flag = 0; coutn主存分配情况:n; coutnext; coutdata.state=Notfree) p=p-next;elseif(p-data.state=Busy) cout flag+t; else coutt;flag+;cout data.addresstt; cout data.sizedata.state=Free) cout空闲nn; else coutnext; cout*nn; /主函数 void main() int ch;/算法选择标记int i,j,n;Initblock(); /开创空间表 cout请输入空闲区的个数: n; cout请依次输入空闲区大小和始址（空格键分开）: endl ;for (int k=0;k i j; / 键盘输入i,j 值NotFree(i,j); cout请选择内存分配算法：(选择14输入)n; coutch; while(ch4) coutch; int choice; /操作选择标记 while(1) show(); cout请输入要进行的操作：(选择02输入); coutchoice; if(choice=1) cout请输入要分配的内存个数: n; cout请依次输入其大小, endl ; for (int k=0;kn;k+) alloc(ch); / 分配内存 else if(choice=2) / 内存回收 int flag; coutflag; free(flag); else if(choice=0) break; /退出 else /输入操作有误 cout输入有误，请重试！endl; continue; 17