1、0一、实验目的熟悉主存的分配与回收。理解在不同的存储管理方式下，如何实现主存空间的分配与回收。掌握动态分区分配方式中的数据结构和分配算法及动态分区存储管理方式及其实现过程。二、实验内容和要求主存的分配和回收的实现是与主存储器的管理方式有关的。所谓分配，就是解决多道作业或多进程如何共享主存空间的问题。所谓回收，就是当作业运行完成时将作业或进程所占的主存空间归还给系统。可变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求，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是否有足够的空闲空间，若有，则按需要量分割一个分区分配给该作业；若无，则作业不能装入，作业
2、等待。随着作业的装入、完成，主存空间被分成许多大大小小的分区，有的分区被作业占用，而有的分区是空闲的。实验要求使用可变分区存储管理方式，分区分配中所用的数据结构采用空闲分区表和空闲分区链来进行，分区分配中所用的算法采用首次适应算法、最佳适应算法、最差适应算法三种算法来实现主存的分配与回收。同时，要求设计一个实用友好的用户界面，并显示分配与回收的过程。同时要求设计一个实用友好的用户界面,并显示分配与回收的过程。三、实验主要仪器设备和材料实验环境硬件环境：PC 或兼容机软件环境：VC+ 6.0四、实验原理及设计分析某系统采用可变分区存储管理，在系统运行当然开始，假设初始状态下，可用的内存空间为 6
3、40KB，存储器区被分为操作系统分区（40KB）和可给用户的空间区（600KB） 。（作业 1 申请 130KB、 作业 2 申请 60KB、 作业 3 申请 100KB 、 作业 2 释放 60KB 、作业 4 申请 200KB、 作业 3 释放 100KB、 作业 1 释放 130KB 、 作业 5 申请 140KB 、作业 6 申请 60KB 、作业 7 申请 50KB）当作业 1 进入内存后，分给作业 1（130KB） ，随着作业 1、2、3 的进入，分别分配60KB、100KB，经过一段时间的运行后，作业 2 运行完毕，释放所占内存。此时，作业 4 进入系统，要求分配 200KB 内
4、存。作业 3、1 运行完毕，释放所占内存。此时又有作业 5 申请140KB，作业 6 申请 60KB，作业 7 申请 50KB。为它们进行主存分配和回收。1、采用可变分区存储管理，使用空闲分区链实现主存分配和回收。空闲分区链：使用链指针把所有的空闲分区链成一条链，为了实现对空闲分区的分配和链接，在每个分区的起始部分设置状态位、分区的大小和链接各个分区的前向指针，由状态位指示该分区是否分配出去了；同时，在分区尾部还设置有一后向指针，用来链接后面的分区；分区中间部分是用来存放作业的空闲内存空间，当该分区分配出去后，状态位就由“0”置为“1” 。设置一个内存空闲分区链，内存空间分区通过空闲分区链来管
5、理，在进行内存分配时，系统优先使用空闲低端的空间。设计一个空闲分区说明链，设计一个某时刻主存空间占用情况表，作为主存当前使用1基础。初始化空间区和已分配区说明链的值，设计作业申请队列以及作业完成后释放顺序，实现主存的分配和回收。要求每次分配和回收后显示出空闲内存分区链的情况。把空闲区说明链的变化情况以及各作业的申请、释放情况显示打印出来。2.采用可变分区存储管理，分别采用首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法实现主存分配和回收。3、主存空间分配 （1）首次适应算法在该算法中，把主存中所有空闲区按其起始地址递增的次序排列。在为作业分配存储空间时，从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，直
6、到找到第一个能满足要求的空闲区，从中划出与请求的大小相等的存储空间分配给作业，余下的空闲区仍留在空闲区链中。（2）最佳适应算法在该算法中，把主存中所有空闲区按其起始地址递增的次序排列。在为作业分配存储空间时，从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，直到找到一个能满足要求的空闲区且该空闲区的大小比其他满足要求的空闲区都小，从中划出与请求的大小相等的存储空间分配给作业，余下的空闲区仍留在空闲区链中（3）最坏适应算法在该算法中，把主存中所有空闲区按其起始地址递增的次序排列。在为作业分配存储空间时，从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，直到找到一个能满足要求的空闲区且该空闲区的大小比其他
7、满足要求的空闲区都大，从中划出与请求的大小相等的存储空间分配给作业，余下的空闲区仍留在空闲区链中。4、主存空间回收当一个作业执行完成撤离时，作业所占的分区应该归还给系统。归还的分区如果与其它空闲区相邻，则应合成一个较大的空闲区，登记在空闲区说明链中，此时，相邻空闲区的合并问题，要求考虑四种情况：（1） 释放区下邻空闲区（低地址邻接）（2） 释放区上邻空闲区（高地址邻接）（3） 释放区上下都与空闲区邻接（4） 释放区上下邻都与空闲区不邻接五、程序流程图main 函数里的流程图2初始化 first 和 end整理分区序号显示空闲分区链选择算法 aa=1，首次适应算法 a=2，最佳适应算法 a=3，
8、最坏适应算法选择操作 ii=1，分配空间函数 a i=0，退出程序 i=2，回收空间函数结束分配空间里的流程图3p-data.length=request分配不成功分配空间函数a=1 a=2 a=3输入申请内存大小按顺序找空闲块初始化 q，使它指向空闲块中长度小的一块输入申请内存大小初始化 q，使它指向空闲块中长度大的一块p-data.lengthrequestp 的状态为已分配剩下p-data.length-=request输入申请内存大小YYNN返回到整理分区序号回收空间里的流程图4p 的状态改为空闲回收 p，p 的前一个为firstp 的后一个是 endp 的后一个状态空与后面空闲块相连
9、将 p 的状态改为空闲将 p 的状态改为空闲回收空间函数p 的后一个是 endYNYNY Np 的前一个状态空p 的前一个状态空p 的后一个状态空p 的后一个状态空p 的后一个状态空p 的后一个状态空YYYNNN与前面空闲块相连p 的状态改为空闲 与前面空闲块相连 与后面空闲块相连Y N返回到整理分区序号六、相关数据结构及关键函数说明本程序采用了一个 struct free_table 数据结构，里面包含分区序号（num） 、起始地址（address ） 、分区长度（ length）和分区状态（state） 。还用了线性表的双性链表存储结构（struct Node） ，里面包含前区指针（pri
10、or）和后继指针（ next） 。一开始定义一条（含有first 和 end）的链，用开始指针和尾指针开创空间链表。然后分别按三种算法进行分配和5回收。在该程序中关键函数有，sort（） 、allocation（） 、recovery（） 、和 First_fit（） 、Best_fit（） 、Worst_fit（） ；其中 sort（）函数是用来整理分区序号的，如在删序号 3 时，她与前面序号 2 相连在一起了，然后序号 2 中的长度总满足申请的内存大小，就会在序号2 中分配，然后序号在 2 的基础上加 1，一直加，加到与原本序号 3 的下一个序号也就是 4相等，这时 sort（）就开始有明
11、显的工作了；allocation（）是分配空间的，也是过渡到三个算法中的，当三个算法中满足或者不满足分配请求，都会又返回值给 allocation（） ；recovery（）是用来回收内存的，里面包含了四种情况相连结果，即释放区上与空闲区邻接、释放区下与空闲区邻接、释放区上下都与空闲区邻接、释放区上下都与空闲区不邻接这四种情况的结果。七、源代码#include#include#define OK 1 /完成#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
12、address; /起始地址long length; /分区大小int state; /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
13、=(LinkList)malloc(sizeof(Node);first-prior=NULL;first-next=end;6end-prior=first;end-next=NULL;end-data.num=1;end-data.address=40;end-data.length=600;end-data.state=0;return OK;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-
14、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.address=0;p-data.length=40;p-data.state=1;sort();printf(“ntt主存空间分配情况 n“);printf(“*nn“);printf(“分区序号t 起始地址t 分区大小t 分区状态nn“);while(p)printf(“%dtt%dtt%d“,p-data.num,p-data.address,p-data.length);if(p-data.state=0) pri
15、ntf(“tt 空闲nn“);else printf(“tt 已分配nn“);p=p-next;7printf(“*nn“);/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.length=request;temp-data.state=1;p-data.num=1;while(p)if(p-data.state=0)return OK;break;else if(p-data.state=0)
16、temp-next=p;temp-data.address=p-data.address;temp-data.num=p-data.num;p-prior-next=temp; p-prior=temp;p-data.address=temp-data.address+temp-data.length;p-data.length-=request;p-data.num+=1;return OK;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;8Node *
17、q=NULL; /记录最佳插入位置LinkList temp=(LinkList)malloc(sizeof(Node); temp-data.length=request;temp-data.state=1;p-data.num=1;while(p) /初始化最小空间和最佳位置if(p-data.state=0) ch=p-data.length-request;else if(q-data.length p-data.length)q=p;ch=p-data.length-request;p=p-next;if(q=NULL) return ERROR;/没有找到空闲块else if(q-
18、data.length=request)q-data.state=1;return OK;elsetemp-prior=q-prior;temp-next=q;temp-data.address=q-data.address;temp-data.num=q-data.num;q-prior-next=temp;q-prior=temp; q-data.address+=request;q-data.length=ch;q-data.num+=1;return OK;return OK;9/最差适应算法Status Worst_fit(int request)int ch; /记录最大剩余空间N
19、ode *p=first-next;Node *q=NULL; /记录最佳插入位置LinkList temp=(LinkList)malloc(sizeof(Node); temp-data.length=request;temp-data.state=1;p-data.num=1;while(p) /初始化最大空间和最佳位置if(p-data.state=0 ch=p-data.length-request;else if(q-data.length data.length)q=p;ch=p-data.length-request;p=p-next;if(q=NULL) return ERR
20、OR;/没有找到空闲块else if(q-data.length=request)q-data.length=1;return OK;elsetemp-prior=q-prior;temp-next=q;temp-data.address=q-data.address;temp-data.num=q-data.num;q-prior-next=temp;q-prior=temp;q-data.address+=request;q-data.length=ch;10q-data.num+=1;return OK;return OK;/分配主存Status allocation(int a)int
21、 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“,if(requestnext)if(q=p)11if(q-prior-data.state=0q-prior-next=q-next;q-next-prior=q-prior;q=q-prior;q-data.state=0;q-data.num=flag-1; if(q-prior-data.state!=0q-next=q-next-next; q-next-next-prior=q;q-data.state=0;q-data.num=flag; if(q-prior-da
22、ta.state=0q-prior-next=q-next;q-next-prior=q-prior;q=q-prior;q-data.state=0;q-data.num=flag-1;if(q-prior-data.state!=0return OK;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.state=0q-prior-next=q-next;q-next-prior=q-prior;q=p-prior;q-data.state=0;q-data.num=f
23、lag-1; if(q-prior-data.state!=0if(q-prior-data.state=0q-prior-next=q-next;q-next-prior=q-prior;q=q-prior;q-data.state=0;q-data.num=flag-1;if(q-prior-data.state!=0return OK;/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
24、下一个不是最后一个时if(p-next-data.state=0) /与后面的空闲块相连p-data.length+=p-next-data.length;13p-next-next-prior=p;p-next=p-next-next;p-data.state=0;p-data.num=flag;else p-data.state=0;if(p-next=end)/当前 P 指向的下一个是最后一个时p-data.state=0; /结束 if(p-prior=block_first)的情况else if(p-prior!=first)if(p-next!=end)deal1(p); else
25、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 OK; /主函数void main()int i; /操作选择标记int a;/算法选择标记printf(“*n“);printf(“tt 用以下三种方法实现主存空间的分配 n“);printf(“t(1)首次适应算法t(2)最佳适应算法t(3) 最差适应算法n“);printf(“*n“);printf(“n“);printf(“请输入所使用的内存分配算法:“);scanf(“%d“,while(a3)print
26、f(“输入错误，请重新输入所使用的内存分配算法:n“);14scanf(“%d“,switch(a)case 1:printf(“nt*使用首次适应算法： *n“);break;case 2:printf(“nt*使用最佳适应算法： *n“);break;case 3:printf(“nt*使用最坏适应算法： *n“);break;Initblock(); /开创空间表while(1)show();printf(“t1: 分配内存t2: 回收内存t0: 退出n“);printf(“请输入您的操作：“);scanf(“%d“,if(i=1)allocation(a); / 分配内存else if
27、(i=2) / 内存回收printf(“请输入您要释放的分区号：“);scanf(“%d“,recovery(flag);else if(i=0) printf(“n 退出程序n“);break; /退出else /输入操作有误printf(“输入有误，请重试！“);continue;八、执行结果和结果分析15初始化首次适应算法：当作业 1、2、3 顺利分配内存空间后：回收序号 2 里面的内存：16分配作业 4：回收序号 3 里面的内存（与上邻序号 2 相连了）17回收序号 1 里的内存（与下邻序号 2 相连了）继续分配（会发现总是按顺序查找满足要求的第一个空闲块，一旦发现就会分配）：1819
28、初始化最佳适应算法：2021继续分配（会发现总是查找满足要求的空闲块且其比其他空闲块长度小，一旦发现就会分配）：2223初始化最坏适应算法：24继续分配（会发现总是查找满足要求的空闲块且其比其他空闲块长度小，一旦发现就会分配）：2526九、所遇困难的解决以及心得体会本实验我采取用一条链表同时表示空闲分区链和主存空间占用情况，因为主存总大小是固定的，把空闲分区链所表示的区域从总的内存里去除就是被占用的空间的大小，这个实验还是比较简单的，但在执行过程中还是遇到了很多问题，如在回收空间的函数中，因为要考虑到四种情况，我一开始的想法是这样的：让 p 指向链表开头，一直等找到 p 所指向的分区序号等于要
29、删除的分区序号，然后开始执行，当 p-prior 不是链首 first 时要考虑p-next 是不是链尾 end，然后继续考虑 p 的前向指针和后向指针得状态是否为空闲；等考虑完 p-prior 不是链首了，就进行考虑 p-prior 是链首的问题，然后又进行了考虑 p-next是不是链尾 end，然后继续考虑 p 的前向指针和后向指针得状态是否为空闲；等考虑完了p-prior 的问题又进行考虑 p-next 的问题，一直这样重复了，我都不知道，当时超烦的，后来静下心重新检查自己写得程序，才知道自己写得这个函数好凌乱。后来我直接把 p-next=end 的情况去掉了。才使得程序出现好转。当解决了回收问题，发现在回收后有有作业请求分配时，分配序号会出现这种情况，就是有分区序号相等的情况，如下图（a） ；后来我采用了一个 sort（）整理分区序号，一开始我把这个函数放到三个算法函数中，还是没有发生改变。然后我又继续检查程序，想到函数 sort（）放到 show（）函数中会怎样呢？没想到对了，真的能改变分区序号的值，如图（b） 。其实 sort（）就是实现图（c）里面的功能。当然还不止这两个问题的，不过在这过程序中，整理分区序号和回收内存是让我花的时间最多去解决的问题。总之这次收获还挺大的。图（a）27图（b）图（c）
