C++语言实现系统内存分配与回收

C++语言实现系统内存分配与回收
C++语言实现系统内存分配与回收

C++语言实现系统内存分配与回收#include

#include

#define Free 0 //空闲状态

#define Busy 1 //已用状态

#define OK 1 //完成

#define ERROR 0 //出错

#define MAX_length 640 //最大内存空间为640KB

typedef int Status;

int flag;

typedef struct freearea//定义一个空闲区说明表结构

{

long size; //分区大小

long address; //分区地址

int state; //状态

}ElemType;

// 线性表的双向链表存储结构

typedef struct DuLNode

{

ElemType data;

struct DuLNode *prior; //前趋指针

struct DuLNode *next; //后继指针

}

DuLNode, *DuLinkList;

DuLinkList block_first; //头结点

DuLinkList block_last; //尾结点

Status alloc(int);//内存分配

Status free(int); //内存回收

Status First_fit(int);//首次适应算法

Status Best_fit(int); //最佳适应算法

Status Worst_fit(int); //最差适应算法

void show();//查看分配

Status Initblock();//开创空间表

Status Initblock()//开创带头结点的内存空间链表

{

block_first = (DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode));

block_last = (DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode));

block_first->prior = NULL;

block_first->next = block_last;

block_last->prior = block_first;

block_last->next = NULL;

block_last->data.address = 0;

block_last->data.size = MAX_length;

block_last->data.state = Free;

return OK;

}

//分配主存

Status alloc(int ch)

{

int request = 0;

cout << "请输入需要分配的主存大小(单位:KB):";

cin >> request;

if (request<0 || request == 0)

{

cout << "分配大小不合适,请重试!" << endl;

return ERROR;

}

if (ch == 2) //选择最佳适应算法

{

if (Best_fit(request) == OK) cout << "分配成功!" << endl;

else cout << "内存不足,分配失败!" << endl;

return OK;

}

if (ch == 3) //选择最差适应算法

{

if (Worst_fit(request) == OK) cout << "分配成功!" << endl;

else cout << "内存不足,分配失败!" << endl;

return OK;

}

else//默认首次适应算法

{

if (First_fit(request) == OK) cout << "分配成功!" << endl;

else cout << "内存不足,分配失败!" << endl;

return OK;

}

}

//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

DuLinkList temp = (DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode));

temp->data.size = request;

temp->data.state = Busy;

DuLNode *p = block_first->next;

while (p)

{

if (p->data.state == Free && p->data.size == request)

{//有大小恰好合适的空闲块

p->data.state = Busy;

return OK;

break;

}

if (p->data.state == Free && p->data.size>request)

{//有空闲块能满足需求且有剩余

temp->prior = p->prior;

temp->next = p;

temp->data.address = p->data.address;

p->prior->next = temp;

p->prior = temp;

p->data.address = temp->data.address + temp->data.size;

p->data.size -= request;

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

DuLinkList temp = (DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode));

temp->data.size = request;

temp->data.state = Busy;

DuLNode *p = block_first->next;

DuLNode *q = NULL; //记录最佳插入位置

while (p) //初始化最小空间和最佳位置

{

if (p->data.state == Free && (p->data.size >= request))

{

if (q == NULL)

{

q = p;

ch = p->data.size - request;

}

else if (q->data.size > p->data.size)

{

q = p;

ch = p->data.size - request;

}

}

p = p->next;

}

if (q == NULL) return ERROR;//没有找到空闲块

else if (q->data.size == request)

{

q->data.state = Busy;

return OK;

}

else

{

temp->prior = q->prior;

temp->next = q;

temp->data.address = q->data.address;

q->prior->next = temp;

q->prior = temp;

q->data.address += request;

q->data.size = ch;

return OK;

}

return OK;

}

//最差适应算法

Status Worst_fit(int request)

{

int ch; //记录最大剩余空间

DuLinkList temp = (DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode));

temp->data.size = request;

temp->data.state = Busy;

DuLNode *p = block_first->next;

DuLNode *q = NULL; //记录最佳插入位置

while (p) //初始化最大空间和最佳位置

{

if (p->data.state == Free && (p->data.size >= request))

{

if (q == NULL)

{

q = p;

ch = p->data.size - request;

}

else if (q->data.size < p->data.size)

{

q = p;

ch = p->data.size - request;

}

}

p = p->next;

}

if (q == NULL) return ERROR;//没有找到空闲块

else if (q->data.size == request)

{

q->data.state = Busy;

return OK;

}

else

{

temp->prior = q->prior;

temp->next = q;

temp->data.address = q->data.address;

q->prior->next = temp;

q->prior = temp;

q->data.address += request;

q->data.size = ch;

return OK;

}

return OK;

}

//主存回收

Status free(int flag)

{

DuLNode *p = block_first;

for (int i = 0; i <= flag; i++)

if (p != NULL)

p = p->next;

else

return ERROR;

p->data.state = Free;

if (p->prior != block_first && p->prior->data.state == Free)//与前面的空闲块相连{

p->prior->data.size += p->data.size;

p->prior->next = p->next;

p->next->prior = p->prior;

p = p->prior;

}

if (p->next != block_last && p->next->data.state == Free)//与后面的空闲块相连{

p->data.size += p->next->data.size;

p->next->next->prior = p;

p->next = p->next->next;

}

if (p->next == block_last && p->next->data.state == Free)//与最后的空闲块相连{

p->data.size += p->next->data.size;

p->next = NULL;

}

return OK;

}

//显示主存分配情况

void show()

{

int flag = 0;

cout << "\n主存分配情况:\n";

cout << "++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++\n\n";

DuLNode *p = block_first->next;

cout << "分区号\t起始地址\t分区大小\t状态\n\n";

while (p)

{

cout << " " << flag++ << "\t";

cout << " " << p->data.address << "\t\t";

cout << " " << p->data.size << "KB\t\t";

if (p->data.state == Free) cout << "空闲\n\n";

else cout << "已分配\n\n";

p = p->next;

}

cout << "++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++\n\n"; }

//主函数

void main()

{

int ch;//算法选择标记

cout << "请输入所使用的内存分配算法:\n";

cout << "(1)首次适应算法\n(2)最佳适应算法\n(3)最差适应算法\n";

cin >> ch;

while (ch<1 || ch>3)

{

cout << "输入错误,请重新输入所使用的内存分配算法:\n";

cin >> ch;

}

Initblock(); //开创空间表

int choice; //操作选择标记

while (1)

{

show();

cout << "请输入您的操作:";

cout << "\n1: 分配内存\n2: 回收内存\n0: 退出\n";

cin >> choice;

if (choice == 1) alloc(ch); // 分配内存

else if (choice == 2) // 内存回收

{

int flag;

cout << "请输入您要释放的分区号:";

cin >> flag;

free(flag);

}

else if (choice == 0) break; //退出

else//输入操作有误

{

cout << "输入有误,请重试!" << endl;

continue;

}

}

}

主存空间的分配与回收—首次适应法

主存空间的分配与回收— 首次适应法 This manuscript was revised by the office on December 10, 2020.

南通大学操作系统实验课 实验报告 学生姓名 所在院系 专业 学号 指导教师 南通大学 2014年 5 月 16 日主存空间的分配与回收 ——首次适应法 一、实验目的 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它,在很大程度上将影响整个计算机系统的性能。 本实验主要熟悉主存的管理方法以及相应的分配与回收算法。所谓分配,就是解决多道程序或多进程如何共享主存空间的问题,以便各个进程能获得所希望的主存空间,正确运行。所谓回收,就是当进程运行完成时,将其所占用的主存空间归还给系统。 二、实验要求 采用空闲区链法管理空闲区,并增加已分配区表。分配算法采用首次适应法。 三、设计思路: (1)采用空闲区链法管理空闲区,并增加已分配区表。分配算法采用首次适应法(内存空闲区的地址按照从小到大的自然顺序排列),实现内存的分配与回收。 (2)设计一个进程申请序列以及进程完成后的释放顺序,实现主存的分配与回收。

(3)进行分配时应该考虑这样3种情况:进程申请的空间小于、等于或大于系统空闲区的大小。回收时应该考虑这样4种情况:释放区上邻、下邻、上下都邻和都不邻接空闲区。 (4)每次的分配与回收都要求把记录内存使用情况的各种数据结构的变化情况以及各进程的申请、释放情况显示出来。 四、主要思想 (1)输入主存空间的最大长度n创建最大长度总和为n的若干空闲区的主存空闲区链; (2)输入待存作业的长度x,从链头开始找第一个合适作业的空闲区:分区长度小于x时,指针后移,继续寻找;分区长度等于x时,分配空间, 修改作业分区;分区长度大于x时,分配空间,修改分区数据。 五、流程图 1.空闲区链的首次适应算法分配流程图 2.空闲区链的首次适应算法回收流程图 六、调试结果 1.内存的分配 2.内存的回收 3.内存清空 七、总结与感悟 说实话我操作系统学得不是很好,一开始看到题目觉得自己要完成这个实验有些难度。好在老师提醒书上有另一道类似题目的程序代码,另外书上也有首次适应法的流程图,可以给我们一些提示。之后我也参考了网上的相关资料,看看别人是如何实现的,他们都是怎么样的思路和方法,与我一开始的想法相比,比我精妙在哪里。最后自己调试时,遇到了许许多多问题和错误,请教了学得比较好的同学、经过不断的修改和完善之后,终于做完实验。 这次的实验使我了解到,平时对知识的积累相当重要,同时也要注重课上老师的讲解,老师在课上的延伸是课本上所没有的,这些知识对于我们对程序的编写有很大的作用,同时,编程也要求我们有足够的耐心,细细推敲。越着急可能就越无法得到我们想要的结果,遇到不会的问题要多多请教,知识是在实践与向别人请教的过程中积累的,所以问是至关重要的,只要肯下功夫很多东西都是可以完成的。操作系统这门课不但重要而且十分有用,我一定要下功夫把这门课学好。

内存分配与回收

课程设计 题目:主存空间的分配与回收 学生姓名: 学院:信息工程学院 系别:计算机系 专业:计算机科学与技术 班级:计算机 指导教师:副教授 副教授 2011年月日 内蒙古工业大学课程设计任务书(三) 学院(系):信息学院计算机系课程名称:操作系统课程设计指导教师(签名):专业班级:计算机09-2 学生姓名:学号:

目录 第一章背景研究 (1) 1.1课题简介 (1) 1.2 设计要求 (1) 1.3概念原理 (1) 1.4 环境说明和使用工具 (2) 第二章详细设计 (2) 2.1功能介绍 (2) 2.1.1分配函数发fenpei()的执行过程(最佳适应算法) (2) 2.1.2回收进程空间所占的函数free()的执行过程 (2) 2.2函数的规格说明 (3) 2.2.1打印分配表空闲表函数 print() (3) 2.2.2为进程分配空间函数 fenpei(char *c, struct node *p,struct node *f) (3) 2.2.3回收进程所占空间函数struct node * free(char *c, struct node *p,struct node *f) (3) 2.3 主要数据结构 (3) 2.4 流程图 (5) 第三章核心算法的实现 (6) 3.1 分配函数 (6) 3.2回收函数 (11) 第四章测试 (15) 4.1 预测试 (15) 4.2 实际运行结果(截图) (16) 第五章总结 (18) 参考文献 (25)

第一章背景研究 1.1课题简介 操作系统是当代计算机软件系统的核心,是计算机系统的基础和支撑,它管理和控制着计算机系统中的所有软、硬件资源,可以说操作系统是计算机系统的灵魂。操作系统课程是计算机专业学生必须学习和掌握的基础课程, 是计算机应用人员深入了解和使用计算机的必备知识, 是进行系统软件开发的理论基础,也是计算机科学与技术专业的一门理论性和实践性并重的核心主干课程。本课程的目的是使学生掌握现代计算机操作系统的基本原理、基本设计方法及实现技术,具有分析现行操作系统和设计、开发实际操作系统的基本能力。 通过本次课程设计熟悉主存空间的分配与回收,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,将作业或进程所占用的主存空间归还给系统。采用可变式分区管理,使用最佳适应算法实现主存的分配与回收。深入研究此算法有助于我们全面的理解内存的分配原理,培养我们逻辑思维能力。 1.2 设计要求 设计多个作业或进程动态请求内存资源的模拟系统,使用最佳适应算法实现内存的分配与回收,实现可变式分区管理;设计相应的内存分配算法,定义相关数据结构,以及输出显示每次请求分配内存的结果和内存的已分配和未分配的状况。 1.3概念原理 可变式分区管理的原理:区域的大小及起始地址是可变的,根据程序装入时的大小动态地分配一个区域。保证每个区域之中刚好放一个程序。这样可以充分地利用存储空间,提高内存的使用效率。如果一个程序运行完毕,就要释放出它所占有的分区,使之变成空闲区。这样就会出现空闲区与占用区相互交错的情况。这样就需要P 表,F表来分别表示内存的占用区状态与空闲区的状态。

C语言中多维数组的内存分配和释放

写代码的时候会碰到多维数组的内存分配和释放问题,在分配和释放过程中很容易出现错误。下面贴上一些示例代码,以供参考。 如果要给二维数组(m*n)分配空间,代码可以写成下面: char **a, i; // 先分配m个指针单元,注意是指针单元 // 所以每个单元的大小是sizeof(char *) a = (char **)malloc(m * sizeof(char *)); // 再分配n个字符单元, // 上面的m个指针单元指向这n个字符单元首地址 for(i = 0; i < m; i++) a[i] = (char *)malloc(n * sizeof(char)); (注意红色部分) 释放应该是: int i; for(i=0;i

a = (char ***)malloc(m * sizeof(char **)); for(i = 0; i < m; ++i) a[i] = (char **)malloc(n * sizeof(char *)); for(i = 0; i < m; ++i) for(j = 0; j < n; ++j) a[i][j] = (char *)malloc(p * sizeof(char)); 释放代码为逆过程,具体代码为: int i,j,; for(i = 0; i < m; ++i) for(j = 0; j < n; ++j) free((void *)a[i][j]); for(i = 0; i < m; ++i) free((void *)a[i]); free((void *)a); 三维以上的多维数组的分配和释放,原理与上面的一样。 (转) C中如何为第二维长度固定的二维数组分配内存

操作系统内存动态分配模拟算法

实验四存分配算法 1.实验目的 一个好的计算机系统不仅要有一个足够容量的、存取速度高的、稳定可靠的主存储器,而且要能合理地分配和使用这些存储空间。当用户提出申请主存储器空间时,存储管理必须根据申请者的要求,按一定的策略分析主存空间的使用情况,找出足够的空闲区域分配给申请者。当作业撤离或主动归还主存资源时,则存储管理要收回作业占用的主存空间或归还部分主存空间。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,通过本实验帮助学生理解在动态分区管理方式下应怎样实现主存空间的分配和回收。 背景知识: 可变分区方式是按作业需要的主存空间大小来分割分区的。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。随着作业的装入、撤离、主存空间被分成许多个分区,有的分区被作业占用,而有的分区是空闲的。 2.实验容 采用首次适应算法或循环首次算法或最佳适应算法分配主存空间。 由于本实验是模拟主存的分配,所以当把主存区分配给作业后并不实际启动装入程序装入作业,而用输出“分配情况”来代替。(即输出当时的空闲区说明表及其存分配表) 利用VC++6.0实现上述程序设计和调试操作。 3.实验代码 #include #include using namespace std; //定义存的大小 const int SIZE=64; //作业结构体,保存作业信息 struct Project{ int number; int length; }; //存块结构体,保存存块信息 struct Block{

Java 内存释放

Java 内存释放 (问题一:什么叫垃圾回收机制?)垃圾回收是一种动态存储管理技术,它自动地释放不再被程序引用的对象,按照特定的垃圾收集算法来实现资源自动回收的功能。当一个对象不再被引用的时候,内存回收它占领的空间,以便空间被后来的新对象使用,以免造成内存泄露。 (问题二:java的垃圾回收有什么特点?)JAVA语言不允许程序员直接控制内存空间的使用。内存空间的分配和回收都是由JRE负责在后台自动进行的,尤其是无用内存空间的回收操作(garbagecollection,也称垃圾回收),只能由运行环境提供的一个超级线程进行监测和控制。 (问题三:垃圾回收器什么时候会运行?)一般是在CPU空闲或空间不足时 自动进行垃圾回收,而程序员无法精确控制垃圾回收的时机和顺序等。 (问题四:什么样的对象符合垃圾回收条件?)当没有任何获得线程能访问一个对象时,该对象就符合垃圾回收条件。 (问题五:垃圾回收器是怎样工作的?)垃圾回收器如发现一个对象不能被任何活线程访问时,他将认为该对象符合删除条件,就将其加入回收队列,但不是立即销毁对象,何时销毁并释放内存是无法预知的。垃圾回收不能强制执行,然 而Java提供了一些方法(如:System.gc()方法),允许你请求JVM执行垃圾回收,而不是要求,虚拟机会尽其所能满足请求,但是不能保证JVM从内存中删除所有不用的对象。 (问题六:一个java程序能够耗尽内存吗?)可以。垃圾收集系统尝试在对 象不被使用时把他们从内存中删除。然而,如果保持太多活的对象,系统则可能会耗尽内存。垃圾回收器不能保证有足够的内存,只能保证可用内存尽可能的得到高效的管理。 (问题七:如何显示的使对象符合垃圾回收条件?) (1)空引用:当对象没有对他可到达引用时,他就符合垃圾回收的条件。也就是说如果没有对他的引用,删除对象的引用就可以达到目的,因此我们可以把引用变量设置为null,来符合垃圾回收的条件。 Java代码 1.StringBuffer sb = new StringBuffer("hello");

动态内存分配

浅析动态内存分配及Malloc/free的实现2011-03-18 22:47一、概述: 动态内存分配,特别是开发者经常接触的Malloc/Free接口的实现,对许多开发者来说,是一个永远的话题,而且有时候也是一个比较迷惑的问题,本文根据自己的理解,尝试简单的探究一下在嵌入式系统中,两类典型系统中动态内存分配以及Malloc/Free的实现机制。 二、内存分配方式 Malloc/Free主要实现的是动态内存分配,要理解它们的工作机制,就必须先了解操作系统内存分配的基本原理。 在操作系统中,内存分配主要以下面三种方式存在: (1)静态存储区域分配。内存在程序编译的时候或者在操作系统初始化的时候就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在,而且其大小不会改变,也不会被重新分配。例如全局变量,static变量等。 (2)栈上的内存分配。栈是系统数据结构,对于进程/线程是唯一的,它的分配与释放由操作系统来维护,不需要开发者来 [url=javascript:;]管理[/url] 。在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时,这些存储单元会被自动释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,不同的操作系统对栈都有一定的限制。 (3)堆上的内存分配,亦称动态内存分配。程序在运行的期间用malloc申请的内存,这部分内存由程序员自己负责管理,其生存期由开发者决定:在何时分配,分配多少,并在何时用free来释放该内存。这是唯一可以由开发者参与管理的内存。使用的好坏直接决定系统的性能和稳定。 三、动态内存分配概述 首先,对于支持虚拟内存的操作系统,动态内存分配(包括内核加载,用户进程加载,动态库加载等等)都是建立在操作系统的虚拟内存分配之上的,虚拟内存分配主要包括: 1、进程使用的内存地址是虚拟的(每个进程感觉自己拥有所有的内存资源),需要经过页表的映射才能最终指向系统实际的物理地址。 2、主内存和磁盘采用页交换的方式加载进程和相关数据,而且数据何时加载到主内存,何时缓存到磁盘是OS调度的,对应用程序是透明的。 3、虚拟存储器给用户程序提供了一个基于页面的内存大小,在32位系统中,用户可以页面大小为单位,分配到最大可以到4G(内核要使用1G或2G等内存地址)字节的虚拟内存。 4、对于虚拟内存的分配,操作系统一般先分配出应用要求大小的虚拟内存,只有当应用实际使用时,才会调用相应的操作系统接口,为此应用程序分配大小以页面为单位的实际物理内存。 5、不是所有计算机系统都有虚拟内存机制,一般在有MMU硬件支持的系统中才有虚拟内存的实现。许多嵌入式操作系统中是没有虚拟内存机制的,程序的动态分配实际是直接针对物理内存进行操作的。许多典型的实时嵌入式系统如Vxworks、Uc/OS 等就是这样。 四、动态内存分配的实现 由于频繁的进行动态内存分配会造成内存碎片的产生,影响系统性能,所以在不同的系统中,对于动态内存管理,开发了许多不同的算法(具体的算法实现不想在这里做详细的介绍,有兴趣的读者可以参考Glib C 的源代码和附录中的资料)。不同的操作系统有不同的实现方式,为了程序的可移植性,一般在开发语言的库中都提供了统一接口。对于C语言,在标准C库和Glib 中,都实现了以malloc/free为接口的动态内存分配功能。也就是说,malloc/free库函索包装了不同操作系统对动态内存管理的不同实现,为开发者提供了一个统一的开发环境。对于我们前面提到的一些嵌入式操作系统,因为实时系统的特殊要求(实

操作系统之内存分配与回收

操作系统实验 内存的分配与回收 实验报告 一、实验题目:内存的分配与回收 二、实验内容:利用可变分区的首次适应算法,模拟内存的分配与回收。 三、实验目的:掌握可变分区首次适应算法的原理以及其编程实现。 四、实验过程: 1、基本思想:可变分区分配是根据进程的实际需求,动态地为之分配内存空间。首次适应算法要求空闲空间链以地址递增的次序链接。进行内存分配时,从链表头部开始依次检索,找到第一个不小于请求空间大小的空闲空间进行分配。分配时需考虑碎片问题,若分配会导致碎片产生则将整块分区分配。内存的回收需要考虑四种情况:⑴回收分区前后两个分区都空闲,则需要和前后两个分区合并;(2)回收分区只有前一分区空闲,则与前一分区合并;(3)回收分区只有后一分区空闲,则和后一分区合并;(4)回收分区独立,不考虑合并 。 2、主要数据结构: struct FreeArea{ 链结点包含的数据:分区号、大小、起址、标记 i nt ID; i nt size;

l ong address; i nt sign; }; struct Node { 双链表结点结构体:数据区、前向指针、后继指针 F reeArea data; s truct Node *prior; s truct Node *next; }*DLinkList; 3、输入、输出: 输入: I.内存分配时由键盘输入分区ID和大小; II.内存回收时由键盘输入需要回收的分区ID; 输出:输出内存的分配情况(按照地址从低到高) 4、程序流程图:

5、实验结果截屏:

6、源程序代码: #include using namespace std; #define Free 0 //空闲状态 #define Busy 1 //已用状态 #define PBusy 2 //碎片已用状态 #define FINISH 1 //完成 #define FINISH2 1 //完成 #define ERROR 0 //出错 #define memory 512 //最大内存空间为(单位:KB)#define min 10 //碎片最小值(单位:KB) typedef struct FreeArea//空闲链数据 { i nt ID; i nt size; l ong address; i nt sign; }; typedef struct Node//空闲连结构 { F reeArea data;

频繁分配释放内存导致的性能问题分析

内核态与用户态是操作系统的两种运行级别,intel cpu提供Ring0-Ring3三种级别的运行模式。Ring0级别最高,Ring3最低。 当一个任务(进程)执行系统调用而陷入内核代码中执行时,我们就称进程处于内核运行态(或简称为内核态)。此时处理器处于特权级最高的(0级) 内核代码中执行。当进程处于内核态时,执行的内核代码会使用当前进程的内核栈。每个进程都有自己的内核栈。当进程在执行用户自己的代码时,则称其处于用户运行态(用户态)。即此时处理器在特权级最低的(3级)用户代码中运行。 在内核态下CPU可执行任何指令,在用户态下CPU只能执行非特权指令。当CPU处于内核态,可以随意进入用户态;而当CPU处于用户态时,用户从用户态切换到内核态只有在系统调用和中断两种情况下发生,一般程序一开始都是运行于用户态,当程序需要使用系统资源时,就必须通过调用软中断进入内核态。 现象 1 压力测试过程中,发现被测对象性能不够理想,具体表现为: 进程的系统态CPU消耗20,用户态CPU消耗10,系统idle大约70 2 用ps -o majflt,minflt -C program命令查看,发现majflt每秒增量为0,而minflt每秒增量大于10000。 初步分析 majflt代表major fault,中文名叫大错误,minflt代表minor fault,中文名叫小错误。 这两个数值表示一个进程自启动以来所发生的缺页中断的次数。 当一个进程发生缺页中断的时候,进程会陷入内核态,执行以下操作: 检查要访问的虚拟地址是否合法 查找/分配一个物理页 填充物理页内容(读取磁盘,或者直接置0,或者啥也不干) 建立映射关系(虚拟地址到物理地址) 重新执行发生缺页中断的那条指令 如果第3步,需要读取磁盘,那么这次缺页中断就是majflt,否则就是minflt。 此进程minflt如此之高,一秒10000多次,不得不怀疑它跟进程内核态cpu消耗大有很大关系。 分析代码 查看代码,发现是这么写的:一个请求来,用malloc分配2M内存,请求结束后free这块内存。看日志,发现分配内存语句耗时10us,平均一条请求处理耗时1000us 。原因已找到! 虽然分配内存语句的耗时在一条处理请求中耗时比重不大,但是这条语句严重影响了性能。要解释清楚原因,需要先了解一下内存分配的原理。 内存分配的原理 从操作系统角度来看,进程分配内存有两种方式,分别由两个系统调用完成:brk和mmap (不考虑共享内存)。brk是将数据段(.data)的最高地址指针_edata往高地址推,mmap是在进程的虚拟地址空间中(一般是堆和栈中间)找一块空闲的。这两种方式分配的都是虚拟内存,没有分配物理内存。在第一次访问已分配的虚拟地址空间的时候,发生缺页中断,操作系统负责分配物理内存,然后建立虚拟内存和物理内存之间的映射关系。

java垃圾回收机制

上次讲到引用类型和基本类型由于内存分配上的差异导致的性能问题。那么今天就来聊一下和内存释放(主要是gc)有关的话题。 事先声明一下:虽说sun公司已经被oracle吞并了,但是出于习惯,同时也为了偷懒节省打字,以下仍然称之为sun公司。 ★jvm的内存 在java虚拟机规范中(具体章节请看“这里”),提及了如下几种类型的内存空间: ◇栈内存(stack):每个线程私有的。 ◇堆内存(heap):所有线程公用的。 ◇方法区(method area):有点像以前常说的“进程代码段”,这里面存放了每个加载类的反射信息、类函数的代码、编译时常量等信息。 ◇原生方法栈(native method stack):主要用于jni中的原生代码,平时很少涉及。 关于栈内存(stack)和堆内存(heap),已经在上次的帖子中扫盲过了,大伙儿应该有点印象。由于今天咱们要讨论的“垃圾回收”话题,主要是和堆内存(heap)有关。其它的几个玩意儿不是今天讨论的重点。等以后有空了,或许可以单独聊一下。 ★垃圾回收机制简介 其实java虚拟机规范中并未规定垃圾回收的相关细节。垃圾回收具体该怎么搞,完全取决于各个jvm的设计者。所以,不同的jvm之间,gc的行为可能会有一定的差异。下面咱拿sun官方的jvm来简单介绍一下gc的机制。 ◇啥时候进行垃圾回收? 一般情况下,当jvm发现堆内存比较紧张、不太够用时,它就会着手进行垃圾回收工作。但是大伙儿要认清这样一个残酷的事实:jvm进行gc的时间点是无法准确预知的。因为gc启动的时刻会受到各种运行环境因素的影响,随机性太大。 虽说咱们无法准确预知,但如果你想知道每次垃圾回收执行的情况,还是蛮方便的。可以通过jvm的命令行参数“-xx:+printgc”把相关信息打印出来。 另外,调用system.gc()只是建议jvm进行gc。至于jvm到底会不会做,那就不好说啦。通常不建议自己手动调用system.gc(),还是让jvm自行决定比较好。另外,使用jvm命令行参数“-xx:+disableexplicitgc”可以让system.gc()不起作用。 ◇谁来负责垃圾回收? 一般情况下,jvm会有一个或多个专门的垃圾回收线程,由它们负责清理回收垃圾内存。 ◇如何发现垃圾对象? 垃圾回收线程会从“根集(root set)”开始进行对象引用的遍历。所谓的“根集”,就是正在运行的线程中,可以访问的引用变量的集合(比如所有线程当前函数的参数和局部变量、当前类的成员变量等等)。垃圾回收线程先找出被根集直接引用的所有对象(不妨叫集合1),然后再找出被集合1直接引用的所有对象(不妨叫集合2),然后再找出被集合2直接引用的所有对象......如此循环往复,直到把能遍历到的对象都遍历完。 凡是从根集通过上述遍历可以到达的对象,都称为可达对象或有效对象;反之,则是不可达对象或失效对象(也就是垃圾)。 ◇如何清理/回收垃圾? 通过上述阶段,就把垃圾对象都找出来。然后垃圾回收线程会进行相应的清理和回收工作,包括:把垃圾内存重新变为可用内存、进行内存的整理以消除内存碎片、等等。这个过程会涉及到若干算法,有兴趣的同学可以参见“这里”。限于篇幅,咱就不深入聊了。 ◇分代 早期的jvm是不采用分代技术的,所有被gc管理的对象都存放在同一个堆里面。这么做的缺点比较明显:每次进行gc都要遍历所有对象,开销很大。其实大部分的对象生命周期都很短(短命对象),只有少数对象比较长寿;在这些短命对象中,又只有少数对象占用的内存空间大;其它大量的短命对象都属于小对象(很符合二八原理)。 有鉴于此,从jdk 1.2之后,jvm开始使用分代的垃圾回收(generational garbage collection)。jvm把gc相关的内存分为年老代(tenured)和年轻代(nursery)、持久代(permanent,对应于jvm规范的方法区)。大部分对象在刚创建时,都位于年轻代。如果某对象经历了几轮gc还活着(大龄对象),就把它移到年老代。另外,如果某个对象在创建时比较大,可能就直接被丢到年老代。经过这种策略,使得年轻代总是保存那些短命的小对象。在空间尺寸上,年轻代相对较小,而年老代相对较大。 因为有了分代技术,jvm的gc也相应分为两种:主要收集(major collection)和次要收集(minor collection)。主要收集同时清理年老代和年轻代,因此开销很大,不常进行;次要收集仅仅清理年轻代,开销很小,经常进行。 ★gc对性能会有啥影响? 刚才介绍了gc的大致原理,那gc对性能会造成哪些影响捏?主要有如下几个方面: ◇造成当前运行线程的停顿 早期的gc比较弱智。在它工作期间,所有其它的线程都被暂停(以免影响垃圾回收工作)。等到gc干完活,其它线程再继续运行。所以,早期jdk的gc一旦开始工作,整个程序就会陷入假死状态,失去各种响应。

C语言的代码内存布局具体解释

一个程序本质上都是由BSS 段、data段、text段三个组成的。这种概念在当前的计算机程序设计中是非常重要的一个基本概念,并且在嵌入式系统的设计中也非常重要,牵涉到嵌入式系统执行时的内存大小分配,存储单元占用空间大小的问题。 ●BSS段:在採用段式内存管理的架构中。BSS段(bss segment)一般是指用 来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。 BSS是英文Block Started by Symbol的简称。 BSS段属于静态内存分配。 ●数据段:在採用段式内存管理的架构中,数据段(data segment)一般是指 用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域。数据段属于静态内存分配。 ●代码段:在採用段式内存管理的架构中,代码段(text segment)一般是指 用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序执行前就已经确定,而且内存区域属于仅仅读。 在代码段中。也有可能包括一些仅仅读的常数变量,比如字符串常量等。 程序编译后生成的目标文件至少含有这三个段。这三个段的大致结构图例如以下所看到的: 当中.text即为代码段,为仅仅读。.bss段包括程序中未初始化的全局变量和static变量。 data段包括三个部分:heap(堆)、stack(栈)和静态数据区。 ●堆(heap):堆是用于存放进程执行中被动态分配的内存段。它的大小并不 固定,可动态扩张或缩减。当进程调用malloc等函数分配内存时。新分配的内存就被动态加入到堆上(堆被扩张);当利用free等函数释放内存时,被释放的内存从堆中被剔除(堆被缩减)

栈(stack):栈又称堆栈,是用户存放程序暂时创建的局部变量,也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量(但不包含static声明的变量。static意味着在数据段中存放变量)。 除此以外,在函数被调用时。其參数也会被压入发起调用的进程栈中。而且待到调用结束后。函数的返回值也会被存放回栈中。 因为栈的先进先出特点,所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上讲,我们能够把堆栈看成一个寄存、交换暂时数据的内存区。 当程序在运行时动态分配空间(C中的malloc函数),所分配的空间就属于heap。其概念与数据结构中“堆”的概念不同。 stack段存放函数内部的变量、參数和返回地址,其在函数被调用时自己主动分配。訪问方式就是标准栈中的LIFO方式。 (由于函数的局部变量存放在此,因此其訪问方式应该是栈指针加偏移的方式,否则若通过push、pop操作来訪问相当麻烦) data段中的静态数据区存放的是程序中已初始化的全局变量、静态变量和常量。 在採用段式内存管理的架构中(比方intel的80x86系统),BSS 段(Block Started by Symbol segment)一般是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域,一般在初始化时BSS 段部分将会清零。BSS 段属于静态内存分配。即程序一開始就将其清零了。 比方,在C语言之类的程序编译完毕之后,已初始化的全局变量保存在.data 段中,未初始化的全局变量保存在.bss 段中。 text和data段都在可运行文件里(在嵌入式系统里通常是固化在镜像文件里)。由系统从可运行文件里载入;而BSS段不在可运行文件里,由系统初始化。

内存的申请与释放

实习四 主存储器空间的分配和回收 一、实习内容 主存储器空间的分配和回收。 二、实习目的 一个好的计算机系统不仅要有一个足够容量的、存取速度高的、稳定可靠的主存储器,而且要能合理地分配和使用这些存储空间。当用户提出申请存储器空间时,存储管理必须根据申请者的要求,按一定的策略分析主存空间的使用情况,找出足够的空闲区域分配给申请者。当作业撤离或主动归还主存资源时,则存储管理要收回作业占用的主存空间或归还部分主存空间。主存的分配和回收的实现虽与主存储器的管理方式有关的,通过本实习帮助学生理解在不同的存储管理方式下应怎样实现主存空间的分配和回收。 三、实习题目 本实习模拟在两种存储管理方式下的主存分配和回收。 第一题:在可变分区管理方式下采用最先适应算法实现主存分配和实现主存回收。 [提示]: 可变分区方式是按作业需要的主存空间大小来分割分区的。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。随着作业的装入、撤离,主存空间被分成许多个分区,有的分区被作业占用,而有的分区是空闲的。例如: 为了 说明哪些区是空闲的,可以用来装入新作业,必须要有一张空闲区说明表,格式如下: 第一栏 第二栏 其中,起址——指出一个空闲区的主存起始地址。 长度——指出从起始地址开始的一个连续空闲的长度。 状态——有两种状态,一种是“未分配”状态,指出对应的由起址指出的某个长度的区域是空闲区;另一种是“空表目”状态,表示表中对应的登记项目是空白(无效),可用

来登记新的空闲区(例如,作业撤离后,它所占的区域就成了空闲区,应找一个“空表目”栏登记归还区的起址和长度且修改状态)。由于分区的个数不定,所以空闲区说明表中应有适量的状态为“空表目”的登记栏目,否则造成表格“溢出”无法登记。 上述的这张说明表的登记情况是按提示(1)中的例所装入的三个作业占用的主存区域后填写的。 (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要量,这时应把原来的空闲区变成两部分:一部分分给作业占用;另一部分又成为一个较小的空闲区。为了尽量减少由于分割造成的空闲区,而尽量保存高地址部分有较大的连续空闲区域,以利于大型作业的装入。为此,在空闲区说明表中,把每个空闲区按其地址顺序登记,即每个后继的空闲区其起始地址总是比前者大。为了方便查找还可使表格“紧缩”,总是让“空表目”栏集中在表格的后部。 (3) 采用最先适应算法(顺序分配算法)分配主存空间。 按照作业的需要量,查空闲区说明表,顺序查看登记栏,找到第一个能满足要求的空闲区。当空闲区大于需要量时,一部分用来装入作业,另一部分仍为空闲区登记在空闲区说明表中。 由于本实习是模拟主存的分配,所以把主存区分配给作业后并不实际启动装入程序装入作业,而用输出“分配情况”来代替。最先适应分配算法如图4-1。 (4) 当一个作业执行结束撤离时,作业所占的区域应该归还,归还的区域如果与其它空闲区相邻,则应合成一个较大的空闲区,登记在空闲区说明表中。例如,在提示(1)中列举的情况下,如果作业2撤离,归还所占主存区域时,应与上、下相邻的空闲区一起合成一个大的空闲区登记在空闲区说明表中。归还主存时的回收算法如图4-2。 (5) 请按最先适应算法设计主存分配和回收的程序。然后按(1)中假设主存中已装入三个作业,且形成两个空闲区,确定空闲区说明表的初值。现有一个需要主存量为6K的作业4申请装入主存;然后作业3撤离;再作业2撤离。请你为它们进行主存分配和回收,把空闲区说明表的初值以及每次分配或回收后的变化显示出来或打印出来。 第二题:在分页式管理方式下采用位示图来表示主存分配情况,实现主存空间的分配和回收。 [提示]: (1) 分页式存储器把主存分成大小相等的若干块,作业的信息也按块的大小分页,作业装入主存时可把作业的信息按页分散存放在主存的空闲块中,为了说明主存中哪些块已经被占用,哪些块是尚未分配的空闲块,可用一张位示图来指出。位示图可由若干存储单元来构成,其中每一位与一个物理块对应,用0/1表示对应块为空闲/已占用。 (2) 假设某系统的主存被分成大小相等的64块,则位示图可用8个字节来构成,另用一单元记录当前空闲块数。如果已有第0,1,4,5,6,9,11,13,24,31,共10个主存

JVM内存分配(栈堆)与JVM回收机制

Java 中的堆和栈 简单的说: Java把内存划分成两种:一种是栈内存,一种是堆内存。 在函数中定义的一些基本类型的变量和对象的引用变量都在函数的栈内存中分配。 当在一段代码块定义一个变量时,Java就在栈中为这个变量分配内存空间,当超过变量的作用域后,Java会自动释放掉为该变量所分配的内存空间,该内存空间可以立即被另作他用。 堆内存用来存放由new创建的对象和数组。 在堆中分配的内存,由Java虚拟机的自动垃圾回收器来管理。 在堆中产生了一个数组或对象后,还可以在栈中定义一个特殊的变量,让栈中这个变量的取值等于数组或对象在堆内存中的首地址,栈中的这个变量就成了数组或对象的引用变量。 引用变量就相当于是为数组或对象起的一个名称,以后就可以在程序中使用栈中的引用变量来访问堆中的数组或对象。 具体的说: 栈与堆都是Java用来在Ram中存放数据的地方。与C++不同,Java自动管理栈和堆,程序员不能直接地设置栈或堆。 Java的堆是一个运行时数据区,类的(对象从中分配空间。这些对象通过new、newarray、anewarray和multianewarray等指令建立,它们不需要程序代码来显式的释放。堆是由垃圾回收来负责的,堆的优势是可以动态地分配内存大小,生存期也不必事先告诉编译器,因为它是在运行时动态分配内存的,Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是,由于要在运行时动态分配内存,存取速度较慢。 栈的优势是,存取速度比堆要快,仅次于寄存器,栈数据可以共享。但缺点是,存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的,缺乏灵活性。栈中主要存放一些基本类型的变量(,int, short, long, byte, float, double, boolean, char)和对象句柄。 栈有一个很重要的特殊性,就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义: int a = 3; int b = 3; 编译器先处理int a = 3;首先它会在栈中创建一个变量为a的引用,然后查找栈中是否有3这个值,如果没找到,就将3存放进来,然后将a指向3。接着处理int b = 3;在创建完b的引用变量后,因为在栈中已经有3这个值,便将b直接指向3。这样,就出现了a与b同时均指向3的情况。这时,如果再令a=4;那么编译器会重新搜索栈中是否有4值,如果没有,则将4存放进来,并令a指向4;如果已经有了,则直接将a指向这个地址。因此a值的改变不会影响到b 的值。要注意这种数据的共享与两个对象的引用同时指向一个对象的这种共享是不同的,因为这种情况a的修改并不会影响到b, 它是由编译器完成的,它有利于节省空间。而一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态,会影响到另一个对象引用变量。 String是一个特殊的包装类数据。可以用: String str = new String("abc"); String str = "abc"; 两种的形式来创建,第一种是用new()来新建对象的,它会在存放于堆中。每调用一次就会创建一个新的对象。 而第二种是先在栈中创建一个对String类的对象引用变量str,然后查找栈中有没有存放"abc",如果没有,则将"abc"存放进栈,并令str指向”abc”,如果已经有”abc”则直接令 str指向“abc”。 比较类里面的数值是否相等时,用equals()方法;当测试两个包装类的引用是否指向同一个对象时,用==,下面用例子说明上面的理论。 String str1 = "abc"; String str2 = "abc"; System.out.println(str1==str2); //true

《动态分配内存与数据结构》课后习题

《动态分配内存与数据结构》习题 学号姓名 一、选择题 1、是一种限制存取位置的线性表,元素的存取必须服从先进先出的规则。 A.顺序表B.链表C.栈D.队列 2、是一种限制存取位置的线性表,元素的存取必须服从先进后出的规则。 A.顺序表B.链表C.栈D.队列 3、与顺序表相比,链表不具有的特点是。 A.能够分散存储数据,无需连续内存空间 B.插入和删除无需移动数据 C.能够根据下标随机访问 D.只要内存足够,没有最大长度的限制 4、如果通过new运算符动态分配失败,返回结果是。 A.-1 B.0 C.1D.不确定 5、实现深复制中,不是必须自定义的。 A.构造函数B.复制构造函数 C.析构函数D.复制赋值操作符函数 6、分析下列代码是否存在问题,选择合适的选项:。 int main(void) { int *p = new int [10]; p = new int [10]; delete [] p; p = NULL; return 0; } A.没有问题 B.有内存泄漏 C.存在空悬指针 D.存在重复释放同一空间 7、通过new运算符动态分配的对象,存储于内存中的。 A.全局变量与静态变量区 B.代码区 C.栈区 D.堆区 8、下列函数中,可以是虚函数。 A.构造函数 B.析构函数 C.静态成员函数 D.友元函数 9、关于通过new运算符动态创建的对象数组,下列判断中是错误的。 A. 动态创建的对象数组只能调用默认构造函数 B. 动态创建的对象数组必须调用delete []动态撤销 C. 动态创建的对象数组的大小必须是常数或常变量 D. 动态创建的对象数组没有数组名 10、顺序表不具有的特点是 A. 元素的存储地址连续 B. 存储空间根据需要动态开辟,不会溢出 C. 可以直接随机访问元素 D. 插入和删除元素的时间开销与位置有关 11、假设一个对象Ob1的数据成员是指向动态对象的指针,如果采用浅复制的方式复制该对象得到对象Ob2,那么在析构对象Ob1和对象Ob2时会的问题。 A. 有重复释放 B. 没有 C. 内存泄漏 D. 动态分配失败 12、假设对5个元素A、B、C、D、E进行压栈或出栈的操作,压栈的先后顺序是ABCDE,则出栈的先后顺序不可能是。 A. ABCDE B. EDCBA C. EDBCA D. BCADE 13、假设对4个元素A、B、C、D、E进行压栈或出栈的操作,压栈的先后顺序是ABCD,则出栈的先后顺序不可能是。 A. ABCD B. DCBA C. BCAD D. DCAB 14、通过new运算符动态创建的对象的存放在中。 A. 代码区 B. 栈区 C. 自由存储区 D. 全局数据区 15、链表不具有的特点是。 A. 元素的存储地址可以不连续 B. 存储空间根据需要动态开辟,不会溢出 C. 可以直接随机访问元素 D. 插入和删除元素的时间开销与位置无关 16、有关内存分配和释放的说法,下面当中错误的是 A.new运算符的结果只能赋值给指针变量 B.动态创建的对象数组必须调用delete []动态撤销 C.用new分配的空间位置是在内存的栈区 D.动态创建的对象数组没有数组名 17、关于栈,下列哪项不是基本操作 A.删除栈顶元素 B.删除栈底元素 C.判断栈是否为空 D.把栈置空 18、关于链表,说法错误的是

主存空间的分配与回收实验报告

主存空间的分配与回收实验报告

实验报告 课程名称:操作系统 实验名称:主存空间的分配与回收学号: 110310014 学生姓名:于钊 班级:信管1101班 指导教师:吴联世 实验日期: 2013 年12月5日

3、采用最先适应算法(顺序分配算法)分配主存空间。 按照作业的需要量,查空闲区说明表,顺序查看登记栏,找到第一个能满足要求的空闲区。当空闲区大于需要量时,一部分用来装入作业,另一部分仍为空闲区登记在空闲区说明表中。 由于本实验是模拟主存的分配,所以把主存区分配给作业后并不实际启动装入程序装入作业,而用输出“分配情况”来代替。 4、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,登记在空闲区说明表中。例如,在上述中列举的情况下,如果作业2撤离,归还所占主存区域时,应与上、下相邻的空闲区一起合成一个大的空闲区登记在空闲区说明表中。 2)程序结构(流程图) 首次适应分配模拟算法

主存回收算法 3)实现步骤 实现动态分区的分配与回收,主要考虑三个问题:第一,设计记录主存使用情况的数据表格,用来记录空闲区和作业占用的区域;第二,在设计的数据表格基础上设计主存分配算法;第三,在设计的数据表格基础上设计主存回收算法。 1.设计记录主存使用情况的数据表格 由于动态分区的大小是由作业需求量决定的,故分区的长度是预先不固定的,且分区的个数也随主存分配和回收变动。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主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,回收主存分区时,可能会合并空闲区,这样如果整个主存采用一张表格记录已分分区和空闲区,就会使表格操作繁琐。主存分配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,将该分区贬词空闲区,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,主存的分配与回收主要时对空闲区的操作。这样为了便于对主存空间的分配与回收,就建立两张分区表记录主存的使用情况:“已分配区表”记录作业占用分区,“空闲区表”记录空闲区。 这两张表的实现方法一般由两种:链表形式、顺序表形式。在本实验中,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,所以无论是“已分配区表”还是“空闲区表”都必须事先确定长度。它们的长度必须是系统可能的最大项数,系统运行过程中才不会出错,因此在多数情况下,无论是“已分配表区”还是“空闲区表”都是空闲栏目。已分配区表中除了分区起始地址、长度

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