实验三-存储管理.doc

实验报告实验名称：存储管理任课教师：冯霞学号：100341328姓名：魏然完成日期：2012-12-5一、实验目的：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、实验内容：编写程序完成可变分区存储管理方式的内存分配回收。实验具体包括：首先确定内存空间分配表；然后采用最优适应算法完成内存空间的分配和回收；最后编写主函数对所做工作进行测试。可变分区管理方式预先不将内存划分成几个区域，而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内各个空闲区，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入该作业。作业执行完后。它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。实现可变分区的分配和回收，主要考虑的问题由三个：第一，设计记录内存使用情况的数据表格，用来记录空闲区和作业占用区域；第二，在设计的数据表格基础上设计内存分配算法；第三，在设计的数据表格基础上设计内存回收算法。首先，考虑第一个问题：设计记录内存使用情况的数据表格，用来记录空闲区和作业占用区域。由于可变分区的大小时由作业需要量决定的，故分区的长度是预先不固定的，且分区的个数也随内存分配和回收变动。总之，所有分区情况随时可能发生变化，数据表格的设计必须和这个特点相适应。由于分区长度不同，因此设计的表格应该包括分区在内存中的起始地址和长度。由于分配时空闲区有时会变成两个分区：空闲区和已分分区，回收内存分区时，可能会合并空闲分区，这样如果整个内存采用一张表格记录已分分区和空闲区，酒水使表格操作繁琐。分配内存时查找空闲区进行分配，然后填写已分配区表，主要操作在空闲区；某个作业执行完后，经该分区变成空闲区，并将其与相邻的空闲区合并，主要操作也在空闲区。由此可见，内存的分配和回收主要时对空闲区的操作。这样为了便于对内存空间的分配和回收，就建立两张分区表记录内存使用情况，一张表格记录作业占用分区的“已分分区表”；一张是记录空闲区的“空闲区表”。这两张表的实现方法一般有两种：一种时链表形式，一种时顺序表形式。在实验中，采用顺序表形式，用数组模拟。由于顺序表的长度必须提前固定，所以无论时“已分分区表”还是“空闲分区表”都有空闲栏目。“已分分区表”中除了分区起始地址、长度外，至少还要有一项“标志”，如果时空闲栏目，内容为空，如果为某个作业占用分区的登录项，内容为改作业的作业名；“空闲分区表”中除了分区其实地址、长度外，也有一项“标志”，如果时空闲栏目，内容为空，如果为某个空闲区的登机箱，内容为“未分配”。在世纪系统中，这两个表格的内容可能还要多，实验中仅仅使用上述必须的数据。当要装入一个作业时，从空闲区表中查找标志为“未分配”的空闲区，从中找出一个能容纳该作业的空闲区。如果找到的空闲区正好等于改作业的长度，则把该分区全部分配给作业。这时应该把该空闲区登记栏中的标志改为“空”，同时，在已分配区表中找到一个标志为“空”的栏目登记新装入作业所占用分区的起始地址、长度和作业名。如果找到的空闲区大于作业长度，则把空闲区分两部分，一部分用来装入作业，另外一部过分仍为空闲区，这是只要修改原空闲区的长度，且把新装入的作业登记到已分配区表中。实验中内存分配算法采用“最有适应”算法。最优适应算法是按作业要求挑选一个能满足作业要求的最小空闲区，这样保证可以不去分割一个大的区域，使装入大作业时比较容易得到满足。但是最优适应算法容易出现找到的一个分区可能只比作业所要求的长度略大一点的情况，这时，空闲区分割后剩下的空闲区就很小，这种很小的空闲区往往无法再使用，影响了内存的使用。为了在一定程度上解决这个问题，如果空闲区的大小比作业要求的长度略大一点，不再将空闲区分成已分分区和空闲区两部分，而是将整个空闲区分配给作业。在实现最优适应算法时，可把空闲区按长度以递增的方式登记在空闲区表中。分配时顺序查找空闲表，查找到的第一个空闲区就是满足作业要求的最小分区。这样查找速度快，但是为使空闲区按长度以递增顺序登记在空闲表中，就必须在分配回收时进行空闲区表的调整。空闲区表调整时移动表目的代价要高于查询整张表的代价，所以实验中不采用空闲区有序登记在空闲区表中的方法。可变分区方式下回收内存空间时，应该检查是否有与归还区相邻的空闲区，若有，则应该合并成一个空闲区。一个归还区可能有上邻空闲区，也可能有下邻空闲区，或者既有上邻空闲区又有下邻空闲区，或者既无上邻空闲区又无下邻空闲区。在实现回收时，首先将作业归还的区域在已分配表中找到，将该栏目的状态变为“空”；然后，检查空闲区表中标志为“未分配”栏目，查找是否有相邻空闲区；最后，合并空闲区，修改空闲区表。开始作业J申请xk大小的内存空间I=0;k=ii是空闲区表中一栏（i=m）?第i栏空闲区为第一个满足需求的或第i栏空闲区长度小于第k栏空闲区长度？i=i+1是否找到满足需求的分区k？主存分配失败结束第k栏长度-作业需求=minsize分配整个分区：第k栏状态为“空”ad=第k栏起始地址xk=第k栏长度切割空闲区：第k栏长度减去xk，ad=第k栏起始地址-第k栏长度k=ii=0i=i-1第i栏是已分配区表中一栏且第i栏状态不为空？第i栏是否已为分配表中的一栏？空闲区表第k栏状态为空？填写已分分区表：第j栏其实地址=ad第j栏长度=xk第j栏状态=作业名J空闲区表状态未分配空闲区表第k栏长度家xk已分分区表长度不足，分配失败结束NYYYNNYNNNYYNN图1可变分区最优分配算法流程图开始作业归还空间s=0已分分区表第s栏状态为作业J（s=n）s为已分配区表中一栏？S=已分分区表第s栏起始地址L=已分分区表第s栏长度已分分区表第s栏状态为空假设下邻空闲区在第j栏j=-1假设上邻空闲区在第k栏k=-1i=0第i栏不是空闲区表中一栏或回收分区上下邻空闲区均找到？第i栏状态为“为配”？第i栏为回收分区的下邻？第i栏为回收分区的上邻？s=s+1未找到作业，回收失败结束i=i+1j=ij=i回收分区有上邻居？回收分区有下邻？回收分区有下邻？和上下邻三项合并：第k栏长度=第k栏长度+第j栏长度+L第j栏状态=“空”t=0t=t+1第t栏是空闲区表中非空栏？和上下邻合并：第k栏长度=第k栏长度+L和下邻合并：第j栏长度=第j栏长度+L第j栏起始地址=S第t栏是空闲区表中一栏？已分分区表第s栏状态为J：空闲区表长度不足，回收失败归还分区填入空闲区表：第t栏起始地址=S第t栏长度=L第t栏状态=“未分配”结束NYYNNYNNYYNYYYNNNYYNNY图2可变分区回收流程图三、实验结果与结论：图3插入4个作业图4分配后显示“空闲区表”和“已分分区表图5回收作业a，并显示内存图6回收全部作业，并显示内存图7退出四、过程分析与建议：通过本次实验实现了操作系统内存的分配与回收，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，根据作业需要的内存大小查询空闲分区表，找一块合适的区域予以分配。通过实验使我加深了对内存分配与回收的理解，巩固了课本中的理论知识。程序源代码如下：#includestdio.h#includestdlib.h#includeconio.h#definen10//假定系统允许的最大作业数为n#definem10//假定系统允许的空闲区表最大为m#defineminisize100struct{floataddress;//起始位置floatlength;//长度，字节intflag;//标志，0为未占用}used_table[n];struct{floataddress;//起始位置floatlength;//长度，字节intflag;//1可以被分配，0不能被分配}free_table[n];voidallocate(charJ,floatxk){inti;intk=-1;floatad;for(i=0;im;i++)if(free_table[i].length=xk&&free_table[i].flag==1)//flag=1表示空闲可用{if(k==-1||free_table[i].lengthfree_table[k].length)//k=-1表示第一个，现在要找符合条件的最小的k=i;if(k==-1){printf(无可用空闲区\n);return;}if(free_table[k].length-xk=minisize)//如果剩余量不大于最小值{free_table[k].flag=0;//将空闲区的标记设置成空闲ad=free_table[k].address;//将空闲表中找到的那个最适合的区域的地址计入adxk=free_table[k].length;//长度计入}else//如果大于最小值{free_table[k].length=free_table[k].length-xk;//空闲表变成原来长度减作业所占长度ad=free_table[k].address+free_table[k].length;//地址开始位置从原来位置变为原来位置加作业长度}i=0;//把i置为初始值while(used_table[i].flag!=0&&in)//如果作业表的标志不为0并且查找不能超过设置的最大作业长度i++;if(i=n)//如果超过了最大作业长度{printf(无表目填写已分分区，错误\n);if(free_table[k].flag==0)//如果前面找到的是整个空闲区free_table[k].flag=1;//将这个空闲区标识设为1else//如果不是整个空闲区free_table[k].length=free_table[k].length+xk;//就增加空闲区的长度为原长+作业长return;}else//修改整个分区表{used_table[i].address=ad;//将作业表当前位置的地址变为作业地址used_table[i].length=xk;//将作业表当前位置的长度变为作业长度used_table[i].flag=J;//标识设置为作业名}}return;}voidreclaim(charJ)//进行回收作业，作业名为J{inti,k,j,s,t;floatS,L;s=0;while((used_table[s].flag!=J||used_table[s].flag==0)&&sn)//如果作业表的标识不是作业名，或者是标识为空，并且小于作业长s++;if(s=n){printf(找不到作业\n);return;}used_table[s].flag=0;//作业表标记设为0S=used_table[s].address;//S记录作业地址L=used_table[s].length;//L记录作业长度j=-1;k=-1;i=0;while(im&&(j==-1||k==-1))//寻找回收分区的上下邻空闲区，上邻表目K，下邻表目j{if(free_table[i].flag==0){if(free_table[i].address+free_table[i].length==S)k=i;//找上邻区if(free_table[i].address==S+L)j=i;//找下邻区}i++;}if(k!=-1)//找到上邻区为空闲{if(j!=-1)//找到下邻区为空闲{free_table[k].length=free_table[j].length+free_table[k].length+L;//将上，本身，下合并free_table[j].flag=0;//标识设置为0}elsefree_table[k].length=free_table[k].length+L;//只是上邻区为空闲，将上邻区空闲长度+回收作业长}else{if(j!=-1)//只找到下邻区为空闲{free_table