基于可重定位分区分配算法的内存管理的设计与实现-课程设计报告.docx

组号 成绩

计算机操作系统
课程设计报告

题目 基于可重定位分区分配算法的内存管理的设计与实现

专业： 计算机科学与技术
班级：
学号+姓名：
指导教师：

2016年12月 23 日

一． 设计目的
掌握内存的连续分配方式的各种分配算法

二． 设计内容
基于可重定位分区分配算法的内存管理的设计与实现。本系统模拟操作系统内存分配算法的实现，实现可重定位分区分配算法，采用PCB定义结构体来表示一个进程，定义了进程的名称和大小，进程内存起始地址和进程状态。内存分区表采用空闲分区表的形式来模拟实现。要求定义与算法相关的数据结构，如PCB、空闲分区；在使用可重定位分区分配算法时必须实现紧凑。

三． 设计原理
可重定位分区分配算法与动态分区分配算法基本上相同，差别仅在于：在这种分配算法中，增加了紧凑功能。通常，该算法不能找到一个足够大的空闲分区以满足用户需求时，如果所有的小的空闲分区的容量总和大于用户的要求，这是便须对内存进行“紧凑”，将经过“紧凑”后所得到的大空闲分区分配给用户。如果所有的小空闲分区的容量总和仍小于用户的要求，则返回分配失败信息

四． 详细设计及编码
1. 模块分析
（1） 分配模块
这里采用首次适应(FF)算法。设用户请求的分区大小为u.size,内存中空闲分区大小为m.size,规定的不再切割的剩余空间大小为size。空闲分区按地址递增的顺序排列；在分配内存时，从空闲分区表第一个表目开始顺序查找，如果m.size≥u.size且m.size-u.size≤size，说明多余部分太小，不再分割，将整个分区分配给请求者；如果m.size≥u.size且m.size-u.size>size，就从该空闲分区中按请求的大小划分出一块内存空间分配给用户，剩余的部分仍留在空闲分区表中；如果m.size<u.size则查找下一个空闲分区表项，直到找到一个足够大的空闲分区；如果没有找到一个足够大的内存空闲分区，但所有的小的空闲分区的容量总和大于用户的要求，就进行紧凑，将紧凑后得到的大的空闲分区按上述的方式分配给用户；但如果所有的小的空闲分区的容量总和仍不能满足用户需要，则分配失败。
（2） 内存回收模块
进行内存回收操作时，先随机产生一个要回收的进程的进程号，把该进程从进程表中中删除，它所释放的空闲内存空间插入到空闲分区表；如果回收区与插入点的前一个空闲分区相邻，应将回收区与插入点的前一分区合并，修改前一个分区的大小；如果回收区与插入点的后一个空闲分区相邻，应将回收区与插入点的后一分区合并，回收区的首址作为新空闲分区的首址，大小为二者之和；如果回收区同时与插入点的前、后空闲分区相邻，应将三个分区合并，使用前一个分区的首址，取消后一个分区，大小为三者之和。
（3） 紧凑模块
将内存中所有作业进行移动，使他们全都相邻接，把原来分散的多个空闲小分区拼接成一个大分区。

2. 流程图
开始
请求分配u.size分区
找到>u.size的空闲区？
按动态分区方式分配
空闲分区总和≥u.size?
进行紧凑
修改有关数据结构
分配失败返回
返回分区号及首址

否
否

是 是

3. 代码实现
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
#include<windows.h>

#define TURE 1
#define FALSE 0
#define OK 1
#define ERROR 0
#define INFEASIBLE -1
#define OVERFLOW -2
#define SIZE 15
////////////////////////////进程表//////////////
int ppNo=1; //用于递增生成进程号
int pLength=0;
struct PCB
{
int pNo; //进程号(名)
int pSize; // 进程大小
int pOccupy; // 实际占用的内存
int pStartAddr; // 进程起始地址
int pState; //进程状态
};
struct PCB pList[200];

//////////////////空闲分区表部分///////////////
typedef int Status;
typedef struct emptyNode
{ //空闲分区结构体
int areaSize; //空闲分区大小
int aStartAddr; //空闲分区始址
struct emptyNode *next;
}emptyNode,*LinkList;

int ListDelete(struct PCB *pList,int i);//AAA/删除下标为i的进程
void pSort(struct PCB *pList); //AAA/内存中的进程按始址递增排序
void compact(LinkList &L,struct PCB *pList);//AAA/紧凑 ,内存中进程移动，修改进程数据结构；空闲分区合并，修改空闲分区表数据结构
void amalgamate(LinkList &L); //AAA/回收后进行合并空闲分区
void recycle(LinkList &L,struct PCB *pList); //AAA/回收 ，从进程表中删除进程 ，把释放出的空间插入到空闲分区链表中
Status InitList(LinkList &L); //1AAA/构造一个新的有头节点的空链表L
Status ClearList(LinkList &L); //2AAA/将链表L重置为空表
Status ListInsert(LinkList &L,LinkList s1); //AAA/*****根据始址进行插入
void DeleteElem(LinkList &L,int aStartAddr);//*****删除线性表中始址值为aStartAddr的结点
void PrintList(LinkList L); //AAA/*****输出各结点的值
void creatP(struct PCB *p); //AAA/初始化进程
int search(LinkList &L,int pSize); //AAA/检索分区表 ,返回合适分区的首址
int add(LinkList &L); //AAA/返回空闲分区总和
void pListPrint(struct PCB *pList); //AAA/输出内存中空间占用情况
void distribute(LinkList &L,struct PCB *process);

int ListDelete(struct PCB *pList,int i)//AAA/删除下标为i的进程
{
for(;i<pLength-1;i++){
pList[i]=pList[i+1];
}
pLength--;
}//ListDelete

void pSort(struct PCB *pList){ //AAA/内存中的进程按始址递增排序
int i,j;
struct PCB temp;
for(i=0;i<pLength-1;i++){
for(j=0;j<pLength-i-1;j++){
if(pList[j].pStartAddr>pList[j+1].pStartAddr){
temp=pList[j];
pList[j]=pList[j+1];
pList[j+1]=temp;
}
}
}
}
//AAA/紧凑 ,内存中进程移动，修改进程数据结构；空闲分区合并，修改空闲分区表数据结构
void compact(LinkList &L,struct PCB *pList){

printf("进行紧凑\n");
//1、进程移动,修改进程数据结构
int i;
pList[0].pStartAddr=0; //第一个进程移到最上面
for(i=0;i<pLength-1;i++){
pList[i+1].pStartAddr=pList[i].pStartAddr+pList[i].pOccupy;
}
//2、 空闲分区合并，修改空闲分区表数据结构
LinkList p=L->next,s;
int sumEmpty=0;
while(p!=NULL)//求空闲区总和
{
sumEmpty+=p->areaSize;
p=p->next;
}
ClearList(L); //清空空闲分区表
s=(LinkList)malloc(sizeof(emptyNode));
s->aStartAddr=pList[pLength-1].pStartAddr+pList[pLength-1].pOccupy;
s->areaSize=sumEmpty;
ListInsert(L,s);
printf("\n紧凑后的>>>>\n");
pListPrint(pList);
PrintList(L);
}

void amalgamate(LinkList &L){//AAA/回收后进行合并空闲分区
LinkList p=L->next,q=p->next;
while(q!=NULL){
if(p->aStartAddr+p->areaSize==q->aStartAddr){
p->areaSize+=q->areaSize;
DeleteElem(L,q->aStartAddr);//删除被合并的结点
q=p->next;
}else{
p=q;
q=q->next;
}
}
}
//AAA/回收 ，从进程表中删除进程 ，把释放出的空间插入到空闲分区链表中
void recycle(LinkList &L,struct PCB *pList){
int index,delPNo,delPSize,delPOccupy,delPStartAddr;
LinkList s;
srand(time(0));
index=rand()%pLength;
delPNo=pList[index].pNo;
delPSize=pList[index].pSize;
delPOccupy=pList[index].pOccupy;
delPStartAddr=pList[index].pStartAddr;
printf("________________________________________________________________________________");
printf("回收内存 进程 P%d: 始址：%d K 占用：%d KB\n",delPNo,delPStartAddr,delPOccupy);
printf("\n回收后>>>>\n");
ListDelete(pList,index);
//pListPrint(pList);
s=(LinkList)malloc(sizeof(emptyNode));
s->areaSize=delPOccupy;
s->aStartAddr=delPStartAddr;
ListInsert(L,s);
amalgamate(L);
pListPrint(pList);//输出内存中空间占用情况
PrintList(L);

}

///////////////////////////////////////////

Status InitList(LinkList &L) //1AAA/构造一个新的有头节点的空链表L
{
LinkList s;
L=(LinkList)malloc(sizeof(emptyNode)); //生成新节点(头结点)
if(!L) return ERROR; //申请内存失败
s=(LinkList)malloc(sizeof(emptyNode));
s->areaSize=900;
s->aStartAddr=0;
L->next=s; //头节点的指针域指向第一个结点
s->next=NULL;
return OK;
}//InitList

Status ClearList(LinkList &L) //2AAA/将链表L重置为空表
{
LinkList p,r;
p=L->next; r=p->next;
while(p!=NULL)
{
free(p);
if(r==NULL){
p=NULL;
}else{
p=r;
r=p->next;
}
}
L->next=NULL;
return OK;
}//ClearList

//AAA/*****根据始址进行插入
Status ListInsert(LinkList &L,LinkList s1)
{
LinkList r=L,p=L->next,s;//指针
s=(LinkList)malloc(sizeof(emptyNode));
s->areaSize=s1->areaSize;
s->aStartAddr=s1->aStartAddr;

if(p==NULL){
L->next=s;
s->next=NULL;
}else{
while(p!=NULL)
{
if(s1->aStartAddr < p->aStartAddr){
s->next=r->next;
r->next=s;
break;
}
r=p;
p=p->next; //后移
}
if(p==NULL){
r->next=s;
s->next=NULL;
}
}
return OK;
}//ListInsert2

void DeleteElem(LinkList &L,int aStartAddr)//*****删除线性表中始址值为aStartAddr的结点
{
LinkList p=L,q;
while(p->next!=NULL)
{
q=p->next;
if(q->aStartAddr==aStartAddr)
{
p->next=q->next;
free(q);
}
else
p=p->next;
}
}//DeleteElem

////////////////////////////////////////////////
void PrintList(LinkList L)//AAA/*****输出各结点的值
{
printf("\n空闲分区情况: 始址\t 大小\n");
LinkList p=L->next;
while(p!=NULL)
{
printf(" %d K\t%d KB\n",p->aStartAddr,p->areaSize);
p=p->next;
}
printf("\n");
}//PrintList

void creatP(struct PCB *p){ //AAA/初始化进程
int size;
srand(time(NULL));
size=rand()%7+1;
size*=10;
p->pNo=ppNo++;
p->pSize=size;
p->pOccupy=0;
p->pStartAddr=0;
p->pState=0;
}

int search(LinkList &L,int pSize){ //检索分区表 ,返回合适分区的首址
LinkList p=L->next;
while(p!=NULL)
{
if(p->areaSize>=pSize){
return p->aStartAddr;
}
p=p->next;
}
return -1;//没有足够大的
}

int add(LinkList &L){ //返回空闲分区总和
LinkList p=L->next;
int sum=0;
while(p!=NULL)
{
sum+=p->areaSize;
p=p->next;
}
return sum;
}

void pListPrint(struct PCB *pList){//AAA/输出内存中空间占用情况

printf("\n进程分配情况: 进程\t 始址\t占用\n");
for(int i=0;i<pLength;i++){
printf(" P%d\t %d K\t%d KB\n",
pList[i].pNo,pList[i].pStartAddr,pList[i].pOccupy);
}
}

void distribute(LinkList &L,struct PCB *process){

LinkList p=L->next;
while(p!=NULL)
{
if(p->areaSize>=process->pSize)
break;
p=p->next;
}
printf("%d KB < %d KB",process->pSize,p->areaSize);
if(p->areaSize-process->pSize<=SIZE){
//不用分割全部分配 （直接删除此空闲分区结点）
process->pStartAddr=p->aStartAddr; //进程始址变化
process->pState=1; //进程状态
process->pOccupy=p->areaSize; //进程实际占用内存 为改空闲分区的大小

pList[pLength++]= *process; //把进程加入进程列表
printf(" 且 %d KB - %d KB = %d KB < %d KB 则 整区分配\n",
p->areaSize,process->pSize,p->areaSize-process->pSize,SIZE);
pSort(pList);
printf("\n分配后>>>>\n");
pListPrint(pList);//输出内存中空间占用情况
DeleteElem(L,p->aStartAddr);
}else{//分割分配

process->pStartAddr=p->aStartAddr; //进程始址变化
process->pState=1; //进程状态
process->pOccupy=process->pSize; //进程实际占用内存 为该进程的大小

pList[pLength++]= *process; //把进程加入进程列表
printf(" 且 %d KB - %d KB = %d KB > %d KB 则 划分分配\n",
p->areaSize,process->pSize,p->areaSize-process->pSize,SIZE);
pSort(pList); //进程排序
printf("\n分配后>>>>\n");
pListPrint(pList);//输出内存中空间占用情况
//compact(L,pList);
p->aStartAddr+=process->pSize; //空闲分区始址变化
p->areaSize-=process->pOccupy; //空闲分区大小 变化
}
}
int main(){
//0、创建一个进程，参数随机数方式产生
struct PCB p;
int i,num,dele,k,stAddr,flag;
LinkList s,L;
printf("********************************可重定位分区分配********************************");
if(!InitList(L)) //初始化空闲分区表
printf("创建表失败\n");
while(1){
srand(time(0));
flag=rand()%100+1;
if(flag%2==0){
creatP(&p);//初始化进程
printf("________________________________________________________________________________");
printf("待装入作业:%d Size = %d KB\n",p.pNo,p.pSize);
//1、请求分配 size
//2、检索空闲分区表(首次适应FF)
PrintList(L);
stAddr=search(L,p.pSize);//得到足够大的分区的始址 ，没有则返回-1
if(stAddr==-1){//没有足够大的分区
if(add(L)>=p.pSize){//空闲区总和足够大
printf("没有足够大的空闲分区但空闲总和足够大\n");
//紧凑
compact(L,pList);
//按动态分区方式分配
distribute(L,&p);
//compact(L,pList); //紧凑
}else{ //空闲区总和不足
printf("分配失败\n\n");
}

}else{//有足够大的
distribute(L,&p);
PrintList(L);
//compact(L,pList); //紧凑
}
}else{//回收
if(pLength>0){
recycle(L,pList);
//compact(L,pList); //紧凑
}else{
printf("无可回收内存！ ");
}
}
system("pause");
} //while
return 0;
}

4. 结果及其相关分析

图4.1
分析：作业1大小为20KB。找到足够大空闲分区，进行划分分配。

图4.2
分析：作业2大小为70KB。找到足够大空闲分区，进行划分分配。

图4.3
分析：先回收进程1大小为20KB，删除进程，并把释放的空闲分区插入空闲分区表；再回收进程2大小为70KB，删除进程，并把释放的空闲分区插入空闲分区表；

图4.4
分析：程序运行一段时间后的进程分配情况和空闲分区情况。

图4.5
分析：程序运行一段时间后的进程分配情况和空闲分区情况。

图4.6
分析：内存中已没有进程，所以不能进行回收。

图4.7
分析：没有足够大的空闲分区且所有分区之和也不满足要求，分配失败。

图4.8

图4.9
分析：进行紧凑，图4.8状态装换为图4.9状态。

五． 课程设计小结
这次课程设计让我受益匪浅。通过这次课程设计，我不但深刻理解了可重定位分区分配算法；更理解了存储器管理的目的：提高存储器的利用率，提高系统性能。在作课程设计过程中我还体会到，连续分配存储管理的弊端：连续分配方式会形成许多“碎片”，虽然可通过“紧凑”方式将许多碎片拼接成可用的大块空间，但须为之付出很大开销。