1、操作系统实验报告实验三:主存空间的分配与回收一、 实验题目采用可变式分区管理,使用首次或最佳适应算法实现主存的分配与回收二、 实验内容主存是中央处理机能直接存取指令和数据的存储器。能否合理而有效地使用主存,在很大程度上将影响到整个计算机系统的性能。本实验采用可变式分区管理,使用首次或最佳适应算法实现主存空间的分配与回收。要求采用分区说明表进行。三、 实验目的通过本次实验,帮助学生理解在可变式分区管理方式下,如何实现主存空间的分配与回收。提示:(1) 可变式分区管理是指在处理作业过程中建立分区,使分区大小正好适合作业的需要,并且分区个数是可以调整的。当要装入一个作业时,根据作业需要的主存量,查看
2、是否有足够的空闲空间,若有,则按需求量分割一部分给作业;若无,则作业等待。随着作业的装入、完成,主存空间被分割成许多大大小小的分区。有的分区被作业占用,有的分区空闲。例如,某时刻主存空间占用情况如图 1 所示。0 操作系统(10KB)10K 作业 1(10KB)20K 作业 4(25KB)45K 空闲区 1(20KB)65K 作业 2(45KB)110K256K空闲区 2(146KB)表 1 空闲区说明表为了说明哪些分区是空闲的,可以用来装入新的作业,必须要有一张空闲区说明表,如表 1 所示。其中,起始地址指出各空闲区的主存起始地址,长度指出空闲区大小。状态栏未分配指该栏目是记录的有效空闲区,
3、空表目指没有登记信息。由于分区个数不定,所以空闲区说明表中应有足够的空表目项,否则造成溢出,无法登记。同样,再设一个已分配区表,记录作业或进城的主存占用情况。(2) 当有一个新作业要求装入主存时,必须查空闲区说明表,从中找出一个足够大的空闲区。有时找到的空闲区可能大于作业需求量,这时应该将空闲区一分为二。一个分给作业,另一个仍作为空闲区留在空闲区表中。为了尽量减少由于分割造成的碎片,尽可能分配低地址部分的空闲区,将较大空闲区留在高地址端,以利于大作业的装入。为此在空闲区表中,按空闲区首地址从低到高进行登记。为了便于快速查找,要不断地对表格进行紧缩,即让“空表目”项留在表的后部。其分配框图如图2
4、 所示。开始申请 X K 主存J = 0J = J + 1查看第 J 个表目的登记项状态为“ 未分配 ” 吗 ?长度 = X K ?长度 长度 X K始址 始址 X K置状态为 “ 空表目将空表目向后移登记已分配区表和空闲区表 ,输出系统中各数据结构的值 。返回分配给作业的主存始址J 为空闲区说明表的最后一个表目 ?作业等待返回NY等于Y大于N小于图 2 首次适应算法分配框图起始地址 长度 状态45K 20KB 未分配110K 146KB 未分配空表目空表目空表目 图 1 主存空间占用情况(3)当一个作业执行完时,作业所占用的分区应归还给系统。在归还时要考虑相邻空闲区合并的问题。作业的释放区与
5、空闲区的邻接分一下 4 种情况考虑:A释放区下邻(低地址邻接)空闲区;B释放区上邻(高地址邻接)空闲区;C释放区上下都与空闲区邻接;D释放区与空闲区不邻接。首次适应算法回收框图如图 3 所示。开始S = 释放区始址L 释放区长度查空闲区说明表有与释放区的高地址邻接 ( 上邻 )的空闲区吗 ?把上邻空闲区登记栏中的状态置为“ 空表目 ” , 且将空表目向后调整在空闲区说明表中找一空闲表目登记 :始址 S长度 L状态 未分配按地址顺序调整和紧缩空闲区说明表把下邻空闲区登记栏中的长度改为 :长度 长度 L把上邻空闲区登记栏中的始址改为 S , 长度为 L返回N图 3 首次适应算法回收框图有与释放区下
6、邻的空闲区吗 ?有与释放区下邻的空闲区吗 ?有等待装入的作业吗 ?唤醒等待的作业并返回L L 上邻空闲区长度NYYYN若采用最佳适应算法,则空闲区说明表中的空闲区按其大小排序。有关最佳适应算法的分配和回收框图由学生自己给出。(4)请按首次(或最佳)适应算法设计主存分配和回收程序。以图 1 作为主存当前使用的基础,初始化空闲区和已分配区说明表的值。学生自己设计一个作业申请队列以及作业完成后的释放顺序,实现主存的分配与回收。把空闲区说明表的变化情况以及各作业的申请、释放情况显示或打印出来。为了说明哪些分区是空闲的,必须要有一张空闲区说明表,格式如下表所示:起始地址 长度 状态20K 20K 180
7、K 50K 1150K 100K 1300K 30K 0(空表目)600K 100K 1 空表目 四、代码及运行结果分析Main.javapackage Exp4; import java.util.ArrayList; import java.util.Scanner; public class Main static Scanner scanner = new Scanner(System.in); static ArrayList blockList = new ArrayList(); static int application; static int adr; static int
8、 size; public static void main(String args) initalize(); public static void initalize() / 将整个存储区作为 freeBlock 初始化并显示信息 FreeBlock freeBlock = new FreeBlock(0, 32767); blockList.add(freeBlock); printAll(); print(“Please input the way (1-best,2-first):“); int way = scanner.nextInt(); if (way = 1) bestCl
9、ass(); /最佳适应算法 else if (way = 2) firstClass(); /首次适应算法 else print(“Error!n“); public static void bestClass() int type = getRequest(); if (type = 1) assign(1, application); else if (type = 2) accept(adr, size); else print(“Error!n“); bestClass(); public static void firstClass() int type = getRequest(
10、); if (type = 1) assign(2, application); else if (type = 2) accept(adr, size); else print(“Error!n“); firstClass(); public static void printAll() print(“adrtendtsizen“); print(“-n“); for (FreeBlock block : blockList) block.printME(); public static int getRequest() print(“Assign or Accept (1-Assign,2
11、-Accept):“); int type = scanner.nextInt(); if (type = 1) print(“input Application:“); application = scanner.nextInt(); else if (type = 2) print(“input adr and size:“); adr = scanner.nextInt(); size = scanner.nextInt(); else print(“Error!n“); return type; public static boolean assign(int p_way, int p
12、_application) / 判断是否有空闲区 if (blockList.isEmpty() print(“没有任何空闲区域可供分配!n“); return false; / 按各自的原则查找空闲区 if (p_way = 1) / best int minSize = 32767; int minIndex = -1; for (FreeBlock block : blockList) if (block.getSize() = p_application) minSize = block.getSize(); minIndex = blockList.indexOf(block); i
13、f (minIndex = -1) print(“没有符合要求的空闲区域!n“); return false; else FreeBlock tempBlock1 = blockList.get(minIndex); if (tempBlock1.getSize() = p_application) blockList.remove(tempBlock1); printAll(); return true; FreeBlock tempBlock2 = new FreeBlock(tempBlock1.getAdr(), tempBlock1.getSize() - p_application
14、); blockList.set(minIndex, tempBlock2); printAll(); return true; else if (p_way = 2) / first int minAdr = 32766; int minIndex = -1; for (FreeBlock block : blockList) if (block.getAdr() = p_application) minAdr = block.getSize(); minIndex = blockList.indexOf(block); if (minIndex = -1) print(“没有符合要求的空闲
15、区域!n“); return false; else FreeBlock tempBlock1 = blockList.get(minIndex); if (tempBlock1.getSize() = p_application) blockList.remove(tempBlock1); printAll(); return true; FreeBlock tempBlock2 = new FreeBlock(tempBlock1.getAdr(), tempBlock1.getSize() - p_application); blockList.set(minIndex, tempBlo
16、ck2); printAll(); return true; else print(“Error!n“); return false; public static boolean accept(int p_adr, int p_size) int p_end = adr + size - 1; / 检查:首地址小于最小地址( 0) if (p_adr 32766) print(“错误:回收空间大于最大空间(32766)!n“); return false; / 检查:回收空间和空闲空间重叠 for (FreeBlock block : blockList) if (p_adr = block.
17、getAdr() else return 0; public int getAdr() return adr; public void setAdr(int adr) this.adr = adr; public int getSize() return size; public void setSize(int size) this.size = size; 最佳适应算法结果首次适应算法结果五、心得体会经过这次实验,对可变式分区管理方式下,如何实现主存空间的分配与回收,有了很深的了解,使用了两种不同的算法,来实现对主存空间的控制,两种算法使用的数据结构相同,只是在分配的时候有差异。同时在回收内存的时候,要尤其注意回收空间与空闲空间的位置对应关系。