实验四主存空间的分配和回收
网络工程专业 姓名：蔡利聪 学号：201306114117
一、目的和要求
1. 实验目的
用高级语言完成一个主存空间的分配和回收程序，以加深对动态分区分配方式及其算法的理解。
2．实验要求
采用连续分配方式之动态分区分配存储管理，使用首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法4种算法完成设计(任选两种算法)。
（1）设计一个作业申请队列以及作业完成后的释放顺序，实现主存的分配和回收。采用分区说明表进行。
（2）或在程序运行过程，由用户指定申请与释放。
（3）设计一个空闲区说明表，以保存某时刻主存空间占用情况。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。
二、实验内容
编写并调试一个模拟的内存分配与回收程序，使用首次适应算法、循环首次适应算法对内存空间的分配与回收。
三、实验方法、步骤及结果测试
1. 源程序名：a.cpp
可执行程序名：a.exe
2. 原理分析
（1）编写该程序首先要给定一个一定空间大小的内存，即申请空闲区空间最大值，并且要定义空间的各分区的作业标号、分区起始地址、分区长度，单位为字节、分区表的状态位、前向指针、后向指针、已分配分区表、空闲分区等。
（2）通过定义空间分区后，还要定义空间分区链表并对其进行初始化，对空闲分区和已分配分区进行链表访问，对于空闲分区可以分配给新进来的进程使用，对于已分配的分区，则等进程执行结束后在回收空间，恢复空闲区。通过链表的访问实现整个空间分区的分配与回收。
3. 主要程序段及其解释：
1 #include<stdio.h> 2 #include<stdlib.h> 3 #include <conio.h> 4 #define nil -1 5 #define NULL 0 6 #define maxisize 600 //用户的空闲区空间最大值 7 #define minisize 4 8 #define getspace(type) (type*)malloc(sizeof(type)) //分配空间 9 struct table{ 10 char job; //作业标号 11 float address; //分区起始地址 12 float length; //分区长度，单位为字节 13 int flag; //分区表的状态位 14 struct table *FRlink; //前向指针 15 struct table *RElink; //后向指针 16 }*free_table=NULL,*place; //已分配分区表,空闲分区表 17 typedef struct table FRtable; 18 //空间分区链表初始化 19 FRtable *init(FRtable *tb) 20 { 21 tb->FRlink=NULL; 22 tb->job=nil; 23 tb->address=1064; 24 tb->length=1664; 25 tb->flag=0; 26 tb->RElink=NULL; 27 return tb; 28 } 29 //主存分配函数，为作业job分配大小为xk的分区空间 30 void allocate(char job,float xk,int choice) 31 { 32 FRtable *tb,*link; 33 int k=0; 34 float temp=600; 35 if (free_table->FRlink==NULL&&free_table->RElink==NULL) 36 {//给首个作业分配空间，改写分区链表 37 free_table->job=job; 38 free_table->length=xk; 39 free_table->flag=1; 40 if (xk<maxisize) 41 { 42 tb=getspace(FRtable); 43 free_table->RElink=tb; 44 tb->FRlink=free_table; 45 tb->job=nil; 46 tb->address=1064+xk; 47 tb->length=maxisize-xk; 48 tb->flag=0; 49 } 50 if (choice==2) 51 {//链接成循环链表 52 free_table->FRlink=tb; 53 tb->RElink=free_table; 54 place=tb; 55 } 56 else 57 { 58 free_table->FRlink=NULL; 59 if (xk<maxisize) tb->RElink=NULL; 60 } 61 k=1; 62 } 63 else 64 { 65 if (2==choice) tb=place;//采用CFF时将ta定位到上次找到的合适空间分区的下个空间分区 66 else tb=free_table; 67 while(tb!=NULL) 68 { 69 if (3==choice) 70 { 71 while(tb!=NULL) 72 { 73 if (tb->length>=xk&&tb->flag==0) 74 if (tb->length<temp) 75 {place=tb;temp=tb->length;} //选择最适合空间 76 tb=tb->RElink; 77 } 78 tb=place; 79 } 80 if (tb->length>=xk&&tb->flag==0) 81 if (tb->length-xk<=minisize) 82 {//当搜索到的空间大小<=xk+minisize时，将空间全部分配给作业 83 tb->job=job; 84 tb->flag=1; 85 place=tb->RElink; 86 k=1; 87 break; 88 } 89 else 90 {//当搜索到的空间大小>xk+minisize时，将空间划分，再分配给作业 91 link=getspace(FRtable); 92 link->length=tb->length-xk; 93 tb->job=job; 94 tb->length=xk; 95 tb->flag=1; 96 link->RElink=tb->RElink; 97 if (NULL!=tb->RElink) tb->RElink->FRlink=link; 98 tb->RElink=link; 99 link->FRlink=tb; 100 link->job=nil; 101 link->address=tb->address+xk; 102 link->flag=0; 103 place=link; 104 k=1; 105 break; 106 } 107 tb=tb->RElink; 108 } 109 } 110 if (0==k) 111 {//未寻找到合适的空间分区，返回 112 printf(">>空间申请失败! "); 113 return; 114 } 115 } 116 117 //主存回收函数，回收作业job所占用的分区空间 118 void reclaim(char job,int choice) 119 { 120 int bool1=0,bool2=0; 121 FRtable *tb,*link; 122 tb=free_table; 123 if (2==choice) link=tb; 124 else link=NULL; 125 do 126 { 127 if (job==tb->job&&1==tb->flag) break; 128 tb=tb->RElink; 129 if (tb==link) 130 { 131 printf(" >>抱歉，不存在作业%c! ",job); 132 return; 133 } 134 }while(tb!=link); 135 bool1=(NULL==tb->FRlink||tb->FRlink==tb->RElink)? 1:tb->FRlink->flag; 136 bool2=(NULL==tb->RElink||tb->FRlink==tb->RElink)? 1:tb->RElink->flag; 137 if (bool1&&bool2) 138 { 139 tb->job=nil; 140 tb->flag=0; 141 } 142 else if ((NULL==tb->FRlink||1==tb->FRlink->flag)&&0==tb->RElink->flag) 143 { 144 link=tb->RElink; 145 tb->job=nil; 146 tb->length+=link->length; 147 tb->flag=0; 148 tb->RElink=link->RElink; 149 if (NULL!=link->RElink) link->RElink->FRlink=tb; 150 free(link); 151 } 152 else if (0==tb->FRlink->flag&&1==tb->RElink->flag) 153 { 154 link=tb->FRlink; 155 link->length+=tb->length; 156 link->RElink=tb->RElink; 157 tb->RElink->FRlink=link; 158 if (free_table==tb) free_table=link; 159 free(tb); 160 } 161 else if (0==tb->FRlink->flag&&0==tb->RElink->flag) 162 { 163 link=tb->FRlink; 164 link->length=link->length+tb->length+tb->RElink->length; 165 link->RElink=tb->RElink->RElink; 166 if (NULL!=tb->RElink->RElink) tb->RElink->RElink->FRlink=link; 167 if (free_table==tb) free_table=link; 168 free(tb); 169 free(tb->RElink); 170 } 171 } 172 //显示空间分区链表 173 void display(FRtable *tb,int choice) 174 { 175 // clrscr(); 176 FRtable *temp; 177 if (2==choice) temp=tb; 178 else temp=NULL; 179 printf(" 标号 分区首地址 分区大小(KB) 状态位 "); 180 printf(" sys 1024.00 40.00 1 "); 181 do 182 { 183 printf(" %c %.2f %.2f %d ",tb->job,tb->address,tb->length,tb->flag); 184 tb=tb->RElink; 185 }while(temp!=tb); 186 } 187 //主函数 188 int main() 189 { 190 int i,a,choice; 191 float xk; 192 char job; 193 FRtable *ta=getspace(FRtable); 194 free_table=init(ta); 195 do{ 196 printf(" 分区分配算法: 0 - 退出(Exit) 1 - 首次适应算法(FF) 2 - 循环首次适应算法(CFF) "); 197 printf(">>请选择相应的算法(0-2):"); 198 scanf("%d",&choice); 199 if (0==choice) exit(0); 200 }while(0>choice&&2<choice); 201 while(1) 202 { 203 printf(" 菜单: 0 - 退出(Exit) 1 - 申请空间(Allocation) 2 - 回收空间(Reclaim) "); 204 printf(">>请选择你的操作(0-2):"); 205 scanf("%d",&a); 206 switch(a) 207 { 208 //a=0,程序结束 209 case 0:exit(0); 210 //a=1,分配主存空间 211 case 1:printf(">>请输入作业标号和所需要申请的空间:"); 212 scanf("%*c%c%f",&job,&xk); 213 allocate(job,xk,choice); 214 display(free_table,choice); 215 break; 216 //a=2,回收主存空间 217 case 2:printf(">>请输入你想回收的作业的相应标号:"); 218 scanf("%*c%c",&job); 219 reclaim(job,choice); 220 display(free_table,choice); 221 break; 222 default:printf(">>ERROR：No thie choose! "); 223 } 224 } 225 }
4.运行结果
如上图所示，当输入需要申请的空间和标号后，空闲分区会分配相应的空间大小，当输入回收的标号时，内存会回收相应大小的空间。根据实验结果显示，实验已达到预期效果。
四、实验总结
(1)本次实验是有关内存空间分配的算法的实现，实验内容相对之前的进程调度稍微简洁些，但是基本实现的数据结构的链表算法是一样的，还是需要通过申请空间，定义分区大小，然后通过链表对各空闲分区进行相应的内存分配。
(2)虽然对实验步骤比较清晰，对首次适应算法、循环首次适应算法的知识理解得比较好，但是在对如何通过这些算法去实现这个内存分配的实验，还是遇到很多困难，比如链表初始化与访问的算法基础掌握得不好，还有一些基本的C语言的语法结构掌握不熟练，而且对算法与与程序之间的思维不清晰，导致在写程序中出现较多问题，然后通过查找课本，上网搜寻资料，询问同学进行帮助解答，最后得到基本的实验程序。