计算机操作系统内存管理系统可变分区存储管理方式的内存分配回收

课程2 可变分区存储管理方式的内存分配回收 一、课程设计目的 深入了解采用可变分区存储管理方式的内存分配回收的实现。 二、预备知识 存储管理中可变分区的管理方式。 三、小组成员 四、课程设计内容 编写程序完成可变分区存储管理方式的内存分配回收。 具体包括：确定内存空间分配表； 采用最优适应算法完成内存空间的分配和回收； 编写主函数对所做工作进行测试。 五、设计思路： 整体思路： 可变分区管理方式将内存除操作系统占用区域外的空间看做一个大的空闲区。当作业要求装入内存时，根据作业需要内存空间的大小 查询内存中的各个空闲区，当从内存空间中找到一个大于或等于该作业大小的内存空闲区时，选择其中一个空闲区，按作业需求量划出一个分区装人该作业，作业执行完后，其所占的内存分区被收回，成为一个空闲区。如果该空闲区的相邻分区也是空闲区，则需要将相邻空闲区合并成一个空闲区。 设计所才用的算法： 采用最优适应算法，每次为作业分配内存时，总是把既能满足要求、又是最小的空闲分区分配给作业。 但最优适应算法容易出现找到的一个分区可能只比作业所需求的长度略大一点的情行，这时，空闲区分割后剩下的空闲区就很小以致很难再使用，降低了内存的使用率。为解决此问，设定一个限值minsize，如果空闲区的大小减去作业需求长度得到的值小于等于minsize，不再将空闲区分成己分分区和空闲区两部分，而是将整个空闲区都分配给作业。 内存分配与回收所使用的结构体： 为便于对内存的分配和回收，建立两张表记录内存的使用情况。一张为记录作业占用分区的“内存分配表”，内容包括分区起始地址、长度、作业名/标志（为0时作为标志位表示空栏目）；一张为记录空闲区的“空闲分区表”，内容包括分区起始地址、长度、标志（0表空栏目，1表未分配）。两张表都采用顺序表形式。 关于分配留下的内存小碎片问题： 当要装入一个作业时，从“空闲分区表”中查找标志为“1”（未分配）且满足作业所需内存大小的最小空闲区，若空闲区的大小与作业所需大小的差值小于或等于minsize，把该分区全部分配给作业，并把该空闲区的标志改为“0”（空栏目）。同时，在已分配区表中找到一个标志为“0”的栏目登记新装人作业所占用分区的起始地址，长度和作业名。若空闲区的大小与作业所需大小的差值大于minsize。则把空闲区分成两部分，一部分用来装入作业，另外一部分仍为空闲区。这时只要修改原空闲区的长度，且把新装人的作业登记到已分配区表中。 内存的回收： 在可变分区方式下回收内存空间时，先检查是否有与归还区相邻的空闲区（上邻空闲区，下邻空闲区）。若有，则将它们合件成一个空闲区。程序实现时，首先将要释放的作业在“内存分配表”中的记录项的标志改为“0”（空栏目），然后检查“空闲区表”中标志为‘1’（未分配）的栏目，查找是否有相邻的空闲区，若有，将之合并，并修改空闲区的起始地址和长度。 六：数据结构 （1）已分配表的定义： struct {float address;  //已分分区起始地址 float length;    //已分分区长度，单位为字节 int flag;        //已分配区表登记栏标志，"0"表示空栏目，实验中只支持一个字符的作业名 }used_table[n];    //已分配区表 （2）空闲分区表的定义： struct {float address;        //空闲区起始地址 float length;        //空闲区长度，单位为字节 int flag;          //空闲区表登记栏标志，用"0"表示空栏目，用"1"表示未分配 }free_table[m];      //空闲区表  (3)全局变量 float minsize=5;  #define  n  10    //假定系统允许的最大作业数量为n #define  m  10    //假定系统允许的空闲区表最大为m  七、核心算法： //最优分配算法实现的动态分区 int distribute(int process_name, float need_length) { int i, k=-1;    //k用于定位在空闲表中选择的未分配栏 float  ads, len; int count=0;    i=0;    //核心的查找条件，找到最优空闲区 while(i<=m-1)      //循环找到最佳的空闲分区 { if(free_table[i].flag==1 && need_length <=free_table[i].length) { count++; if(count==1||free_table[i].length < free_table[k].length) k=i; } i=i+1;    } if(k!=-1) {    if((free_table[k].length-need_length)<=minsize) //整个分配 {    free_table[k].flag=0; ads=free_table[k].address; len=free_table[k].length; } else {    //切割空闲区 ads=free_table[k].address; len=need_length; free_table[k].address+=need_length; free_table[k].length-=need_length; } i=0;    //循环寻找内存分配表中标志为空栏目的项 while(used_table[i].flag!=0) {i=i+1;}    if(i<=n-1)    //找到，在已分配区表中登记一个表项 {    used_table[i].address=ads; used_table[i].length=len; used_table[i].flag=process_name; count1++; } else      //已分配区表长度不足 {    if(free_table[k].flag == 0)  //将已做的整个分配撤销 {    free_table[k].flag=1; free_table[k].address=ads; free_table[k].length=len; } else                            //将已做的切割分配撤销 {    free_table[k].address=ads;  free_table[k].length+=len; } cout<<"内存分配区已满，分配失败！\n";          return 0; } } else { cout <<"无法为该作业找到合适分区！\n"; return 0; } return process_name; } 八、程序图： 作业分配： 内存回收流程图： 九、程序说明： 本程序采用Visual C++编写，模拟可变分区存储管理方式的内存分配与回收。假定系统允许的最大作业数量为n=10，允许的空闲区表最大项数为m=10，判断是否划分空闲区的最小限值为minsize=5。初始化用户可占用内存区的首地址为1000，大小为1024B。定义两个结构体及其对象free_table[m]和used_table[n]实现内存的分配回收及分配表和空闲表的登记。用最优分配算法实现动态分配时，调用int distribute(int process_name, float need_length)内存分配函数，设定循环条件查找最佳空闲分区，定义int k 以记录最佳空闲区的首地址，根据找到的空闲区大小和作业大小判断是整个分配给作业还是切割空闲区后再分配给作业，并在“内存分配表”和“空闲分区表”中作登记。调用int recycle(int process_name)函数实现内存的回收。顺序循环“内存分配表”找到要回收的作业，将标志位设为“0”，定义float recycle_address, recycle_length;用recycle_address记下回收作业的首地址，recycle_length记下回收作业长度。查找空闲表，如果(free_table[i].address+free_table[i].length)==recycle_address，说明有上邻接空闲区，这时上邻接区的起始地址不变，长度+ recycle_address； 如果(recycle_address+recycle_length)==free_table[i].address，说明有下邻接，这时下邻接空闲区的起始地址改为回收作业的起始地址recycle_address，长度+ recycle_length。如果 同时有上下邻接空闲区，则上邻接的起始地址不变，长度+recycle_address+下邻接的长度，下邻接标志设为“0” 否则，要回收的内存没有邻接空闲区，在空闲区中找到一个标志为“0”的空栏目登记回收的内存。 十、内存分配回收实现截图： 1、后台代码的截图： (1)、假定系统内存分配表允许的最大作业项为10，当分配超过10时，提示“内存分配区已满，分配失败”。 (2)、回收作业所占内存时，当输入的作业名不存在，回收失败，提示“该作业不存在”。 (3)、当要释放某个作业时，将已分配表中此作业的标志置为‘0’，并在空闲区做相应登记。 (4)、分配的作业大小21B与找到的最优空闲区大小25B差值小于5B，所以将整块空闲区直接分配给作业。 (5)、分配的作业大小14B与找到的最优空闲区大小20B差值大于5B，所以将整块空闲区分割成两部分，然后修改空闲表。 (6)、要回收的内存在空闲表中有上邻，将其合并 (7)、空闲区有两个长度分别为20B和18B的未分配烂，现为作业6分配14B的内存，用最佳分配算法找到空闲区。 2、制作界面的实现截图 十、源程序： #include #include //全局变量 float minsize=5; int count1=0; int count2=0; #define  m  10    //假定系统允许的空闲区表最大为m #define  n  10    //假定系统允许的最大作业数量为n //已分配表的定义 struct {float address;  //已分分区起始地址 float length;    //已分分区长度，单位为字节 int flag;        //已分配区表登记栏标志，"0"表示空栏目 }used_table[n];    //已分配区表对象名 //空闲区表的定义： struct {float address;        //空闲区起始地址 float length;        //空闲区长度，单位为字节 int flag;          //空闲区表登记栏标志，用"0"表示空栏目，用"1"表示未分配 }free_table[m];      //空闲区表对象名 //函数声明 void initialize(void); int distribute(int, float); int recycle(int); void show(); //初始化两个表 void initialize(void) { int a; for(a=0; a<=n-1; a++) used_table[a].flag=0;    //已分配表的表项全部置为空表项 free_table[0].address=1000; free_table[0].length=1024; free_table[0].flag=1;    //空闲区表的表项全部为未分配 } //最优分配算法实现的动态分区 int distribute(int process_name, float need_length) { int i, k=-1;    //k用于定位在空闲表中选择的未分配栏 float ads, len; int count=0;    i=0;    while(i<=m-1)      //循环找到最佳的空闲分区 { if(free_table[i].flag==1 && need_length <=free_table[i].length) { count++; if(count==1||free_table[i].length < free_table[k].length) k=i; } i=i+1;    } if(k!=-1) {    if((free_table[k].length-need_length)<=minsize) //整个分配 {    free_table[k].flag=0; ads=free_table[k].address; len=free_table[k].length; } else {    //切割空闲区 ads=free_table[k].address; len=need_length; free_table[k].address+=need_length; free_table[k].length-=need_length; } i=0;    //循环寻找内存分配表中标志为空栏目的项 while(used_table[i].flag!=0) {i=i+1;}    if(i<=n-1)    //找到，在已分配区表中登记一个表项 {    used_table[i].address=ads; used_table[i].length=len; used_table[i].flag=process_name; count1++; } else      //已分配区表长度不足 {    if(free_table[k].flag == 0)  //将已做的整个分配撤销 {    free_table[k].flag=1; free_table[k].address=ads; free_table[k].length=len; } else                            //将已做的切割分配撤销 {    free_table[k].address=ads;  free_table[k].length+=len; } cout<<"内存分配区已满，分配失败！\n";          return 0; } } else { cout <<"无法为该作业找到合适分区！\n"; return 0; } return process_name; } int recycle(int process_name)  { int y=0; float recycle_address, recycle_length; int i, j, k;        //j栏是下邻空闲区，k栏是上栏空闲区 int x; //在内存分配表中找到要回收的作业 while(y<=n-1&&used_table[y].flag!=process_name) {    y=y+1;} if(y<=n-1)    //找到作业后，将该栏的标志置为‘0’ {          recycle_address=used_table[y].address; recycle_length=used_table[y].length; used_table[y].flag=0; count2++; } else            //未能找到作业，回收失败 { cout<<"该作业不存在！\n"; return 0; } j=k=-1; i=0; while(!(i>=m||(k!=-1&&j!=-1)))      //修改空闲分区表 { if(free_table[i].flag==1) {            if((free_table[i].address+free_table[i].length)==recycle_address) k=i;    //判断是否有上邻接 if((recycle_address+recycle_length)==free_table[i].address) j=i;    //判断是否有下邻接 } i=i+1;        } //合并空闲区 if(k!=-1)        //回收区有上邻接 {    if(j!=-1){    //回收区也有下邻接，和上下领接合并 free_table[k].length+=free_table[j].length+recycle_length; free_table[j].flag=0;    //将第j栏的标记置为‘0’ } else                        //不存在下邻接，和上邻接合并 free_table[k].length+=recycle_length; } else if(j!=-1) {                              //只有下邻接，和下邻接合并 free_table[j].length+=recycle_length; free_table[j].address=recycle_address; } else {                              //上下邻接都没有 x=0; while(free_table[x].flag!=0) x=x+1;    //在空闲区表中查找一个状态为‘0’的栏目 if(x<=m-1) {              //找到后，在空闲分区中登记回收的内存 free_table[x].address=recycle_address; free_table[x].length=recycle_length; free_table[x].flag=1; } else {                                //空闲表已满，执行回收失败 used_table[y].flag=process_name; cout<<"空闲区已满，回收失败！\n"; return 0; } } return process_name; } void show()      //程序执行时输出模拟的内存分配回收表 { cout<<"+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++\n"; cout<<"+++++++      空  闲  区        +++++++\n"; cout<<"+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++\n"; for(int i=0;i<=count2;i++) cout<<"地址："<>choice; switch(choice) { case 0: exitFlag=true;                      //退出操作 break; case 1: cout<<"请输入作业名和所需内存："; cin>>job_name>>need_memory; distribute(job_name, need_memory); // 分配内存 break; case 2: int ID; cout<<"请输入您要释放的分区号："; cin>>ID; recycle(ID);            //回收内存 break; case 3: show(); break; } } } 十一、心得体会： 每一次的实践，都会有很大的收获。决定做这个题目的时候，就针对此题要解决的几个问题反复思考，重新翻开教科

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把相关内容特别是算法原理认真细致的看了一遍，设想会遇到的问题。在内存动态分配程序设计中，最优适应算法比首次要难一些，要加上对分配后该分区是否能最好地利用的判断。再一个问题是回收时候的合并，对地址的修改不是很有把握。着手写程序后，半天才理清回收的内存和上下邻合并的条件与关系，写此处的代码时，逻辑上比较混乱，反复错误反复修改了很多次才调试正确，这也是花了最多时间才得以正确实现的部分。之前大多用的c语言，对结构体，对象等知识淡忘了很多，这一次的实践让我找回了很多学过的知识点，也弥补了很多的不足之处。逻辑思维也得到了锻炼，写代码也不再像初学的时候那么繁琐，自己都能感觉到那一点点的进步，顿时也觉得充实起来。还有一个难点就是为作业找到最佳空闲区，此处是参照了一些资料后，理清了条件，然后用一个while（）两个if（）语句循环嵌套就实现了此功能。实践中也发现自身很多的不足，比如上理论课时认为已经理解了的算法原理在用代码实践时，发现还是有模糊和思考不周的地方。 实践中最困难的是以前没有做过界面，所以虽然程序在大家的努力下还算顺利地完成了，功能测试也通过了，可是界面的制作却成了比较大的难题。好在之前在面向对象课程实验和程序设计课程设计中都用到过MFC，于是确定了用C++来制作界面。但是因为以前界面程序编写较少，所以界面的编写遇到了许多困难，特别是实现内存分配表和空闲分区表的输出遇到了很大的挫折，最后在查阅资料、认真思考的基础上实现内存分配表和空闲分区表的输出，并最终作出了内存管理子系统。在添加控件和消息映射的时候，问题不是很大，但是在对相应控件添加代码和给类添加成员函数的时候，要将源代码对应的部分添加进去，且要注意修包含的头文件。这些地方一直频繁出错，或在功能得不到实现，大家一起边找资料边学习新的知识，通过很多次的尝试，终于做出了界面，虽然不太好看，而且功能也很简单，但这也是也经过大家很大努力才完成的。 学习着，收获着，并快乐着，这真是小组成员们共同的感触。对于自身不足的地方，大家也有了比较清晰的认识，对未来的发展，也有了个参照，将遇到的困难一个个跨过，并最终完成此次课程设计，真的感觉很有收获很有成就感。同时也培养了团队合作精神，几次的讨论，大大提升了我们合作的默契度，体会到合作的重要性。动手能力也得到了提高，当然，我们的设计还有很多的不足之处，有些问题没能很好解决，但通过不断学习和实践，我们一定会做的更好。