内存分配,首次适应算法

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用首次适应算法实现内存分配与回收

用首次适应算法实现内存分配与回收

用首次适应算法实现内存分配与回收首次适应算法(First Fit)是一种常用的内存分配算法,它将内存分为若干个大小相等的块,并按顺序进行分配。

当有一个进程请求内存时,首次适应算法从头开始,找到第一个大小能够满足这个进程需要的空闲块,将其分配给该进程。

以下是使用首次适应算法实现内存分配与回收的一种简单示例:1.假设整个内存大小为M字节,每个块的大小为N字节,内存被分为M/N个块。

2. 定义一个长度为(M/N)的布尔数组block,表示每个块的分配状态,初始时所有元素都为false,表示空闲状态。

3. 当一个进程请求分配S字节的内存时,首次适应算法从第一个块开始遍历数组block,直到找到一个大小大于等于S的空闲块。

4. 如果找到了合适的空闲块,将该块标记为已分配(设置为true),并返回该块的起始地址;否则,返回分配失败的标识。

5. 当一个进程释放已分配的内存时,可以根据该内存的起始地址计算出对应的块索引,将对应的block元素设置为false,表示该块变为空闲状态。

以下是一个简单的C++代码示例,演示了使用首次适应算法进行内存分配与回收的实现:```cpp#include <iostream>using namespace std;const int M = 1000; // 总内存大小const int N = 100; // 块大小bool block[M/N] = { false }; // 内存块分配状态//首次适应内存分配算法int allocateMemory(int size)int numBlocks = M / N; // 块数量int numNeeded = size / N;if (size % N != 0)numNeeded++;}for (int i = 0; i < numBlocks; i++)bool found = true;for (int j = i; j < i + numNeeded; j++)if (j >= numBlocks , block[j] == true)found = false;break;}}if (found)for (int j = i; j < i + numNeeded; j++)block[j] = true;}return i * N;}}return -1; // 分配失败//内存回收void deallocateMemory(int startAddr, int size)int startIndex = startAddr / N;int numBlocks = size / N;if (size % N != 0)numBlocks++;}for (int i = startIndex; i < startIndex + numBlocks; i++) block[i] = false;}int maiint size1 = 200; // 请求200字节内存int size2 = 300; // 请求300字节内存int addr1 = allocateMemory(size1);int addr2 = allocateMemory(size2);if (addr1 != -1)cout << "分配内存成功,起始地址:" << addr1 << endl; } elsecout << "分配内存失败" << endl;}if (addr2 != -1)cout << "分配内存成功,起始地址:" << addr2 << endl; } elsecout << "分配内存失败" << endl;}deallocateMemory(addr1, size1);deallocateMemory(addr2, size2);return 0;```这段代码实现了一个简单的内存分配与回收示例。

内存分配首次适应算法

内存分配首次适应算法

内存分配首次适应算法首次适应算法是一种内存分配算法,主要用于操作系统中对内存进行管理和分配。

它的原理是将内存分成若干个大小相等的分区,并根据进程的内存需求,将进程放置在适合它的空闲分区中,这样可以最大程度地节省内存空间。

首次适应算法的具体步骤如下:1.将系统的物理内存分成若干个大小相等的分区,每个分区都有一个标记位,表示是否被占用。

2.当一个进程需要分配内存时,从头开始遍历所有分区,找到第一个满足要求的空闲分区。

3.如果找到了适合的空闲分区,将进程放置在该分区中,并将分区标记为占用。

4.如果没有找到适合的空闲分区,说明内存不够用,需要进行内存回收或者进行内存分配策略的调整。

首次适应算法的优点是简单直观,容易实现,并且能够快速将进程放置在合适的分区中。

然而,它也存在一些缺点:1.内存碎片问题:由于每次分配都是从头开始遍历分区,因此可能会留下很多小的内存碎片,导致内存利用率低下。

2.分区选择不合理:有时候可能会出现大的分区被分割成小的分区,导致后续进程无法利用这些大分区,从而浪费了内存空间。

3.分配时间较长:每次分配都需要遍历所有分区,当分区数较多时,分配时间会较长。

为了解决首次适应算法的缺点,还有其他一些内存分配算法被提出,如最佳适应算法、最坏适应算法、下次适应算法等。

这些算法都是为了优化内存分配的效率和内存利用率。

最佳适应算法是在所有空闲分区中找到最小的能满足进程需求的分区进行分配,从而尽可能减小内存碎片。

最坏适应算法则是找到最大的能满足进程需求的分区进行分配,这样可以减小大分区被分割的概率。

下次适应算法则是从上次分配的位置开始遍历。

综上所述,首次适应算法是一种常用的内存分配算法,它的简单直观和易实现性使得它在许多操作系统中被广泛应用。

然而,它也存在一些缺点,需要根据实际情况进行选择和优化。

首次适应算法,最佳适应算法,最坏适应算法

首次适应算法,最佳适应算法,最坏适应算法

首次适应算法,最佳适应算法,最坏适应算法首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法是常见的内存分配算法,也是操作系统中重要的实现方式。

首次适应算法是向空闲区域分配内存时,按照空闲区域的起始地址从小到大进行扫描,找到第一个可以分配的空闲区域,然后将其分配给请求者。

虽然该算法简单易懂,但不断扫描空闲区域会大大降低操作系统的效率。

同时,由于内存释放会产生内存碎片,首次适应算法效果也会逐渐变差。

最佳适应算法是相对于首次适应算法而言的。

它是在空闲区域中寻找最小可用空间,尽可能满足分配请求。

该算法不会一遍遍扫描空闲区域,因此效率更高。

但随着分配请求增多,内存碎片也会不断增加,最佳适应算法将面临“Eureka”陷阱,即为了满足分配请求而不得不“铺平”内存分配空间,导致后续分配请求无法得到满足。

最坏适应算法是在空闲区域中寻找最大可用空间,分配请求时尽可能让内存块留有足够大的空间,防止内存碎片增多。

该算法的效率较低,因为会在所有空闲区域中查找最大空间;但相比较首次适应算法和最佳适应算法,他避免了内存碎片的问题。

总之,以上三种算法都有自己的优点和缺点,为了更好地利用内存资源,可以根据实际情况选择适合的算法。

同时,需要及时对内存进行整理、清理和释放,保证内存的健康状态,提高操作系统的运行效率。

首次适应算法和最佳适应算法【讲解】

首次适应算法和最佳适应算法【讲解】

首次适应算法和最佳适应算法是动态存储分配解决方案研究的内容,所以本文对这两种算法的讨论是通过研究动态存储管理来进行的。

一、存储管理的基本问题:存储管理讨论的基本问题是:1)、系统如何应用户的“请求”执行内存分配动作?2)、系统如何对用户不再使用后“释放”的内存执行回收动作,以保证为新的“用户请求”提供内存分配?内存的分配可以以静态方式进行,内存空间被分割为固定大小的若干内存块,用户的请求到达只要找到一块空闲的内存块予以分配即可,很显然静态存储分配的好处主要是实现比较方便,效率高,程序执行中系统需要做的事情比较简单。

然而实际情况下提出“请求”的用户可能是进入系统的一个作业,也可能是程序执行过程中的一个动态变量。

“请求”需要获得的内存容量大小不一,这种做法造成了对程序大小的严格的限制,使某些问题不能够合理的解决,此外,也会造成内存空间的浪费。

动态存储管理就是确定如何满足一个个内存“请求”,如何更合理的使用有限的内存空间的一种内存分配解决方案,它以能够依据用户的请求依次进行内存空间的分配和回收,能够尽可能少的使用有限的空闲内存空间,最大限度的保证后续“请求”的可满足性为最终目的。

二、关于动态分配方案的分析:通常我们将已分配给用户是用的一段连续的内存空间称为“占用块”,将未分配给任何用户的一段连续的内存空间称为“可利用空间块”或者“空闲块”,我们在这里的描述将使用“占用块”和“空闲块”这两个概念。

整个内存区在没有任何用户进入和运行的情况下只有一个空闲块,即整个可供用户“请求”使用的用户内存区域。

随着不断的有用户请求进入系统,并依次获得系统为其分配的内存,使得整个内存区域逐渐被分割成两大部分:低地址区域包含若干占用块;高低址区域是空闲内存区域。

经过一段时间后,有的用户运行结束,它们所占用的内存区释放后转变为一个个空闲块,这就使整个内存区域呈现出占用块和空闲块交错相隔的状态。

而此时,如果再有新的用户“请求”到达,那么,系统如何为这个“请求”进行内存分配呢?在肯定动态存储管理的前提下,我们可以采取两种方案解决这个问题,一种解决方案是系统继续把高地址的空闲块分配给用户,而不理会低地址区域是否有结束执行的用户释放的内存块,直到剩余的高地址区域的空闲块不能满足新的用户“请求”,分配操作无法再进行下去时,才去回收结束执行的用户释放的内存块,并重新组织内存,进而完成内存分配。

B u d d y 伙 伴 算 法 ( 2 0 2 0 )

B u d d y 伙 伴 算 法 ( 2 0 2 0 )

内存分配算法——FF、BF、WF、buddy(伙伴算法)分区分配算法:首次适应算法(First Fit):从空闲分区表的第一个表目起查找该表,把最先能够满足要求的空闲区分配给作业,这种方法的目的在于减少查找时间。

为适应这种算法,空闲分区表(空闲区链)中的空闲分区要按地址由低到高进行排序。

该算法优先使用低址部分空闲区,在低址空间造成许多小的空闲区,在高地址空间保留大的空闲区。

最佳适应算法(Best Fit):从全部空闲区中找出能满足作业要求的、且大小最小的空闲分区,这种方法能使碎片尽量小。

为适应此算法,空闲分区表(空闲区链)中的空闲分区要按从小到大进行排序,自表头开始查找到第一个满足要求的自由分区分配。

该算法保留大的空闲区,但造成许多小的空闲区。

最差适应算法(Worst Fit):从全部空闲区中找出能满足作业要求的、且大小最大的空闲分区,从而使链表中的结点大小趋于均匀,适用于请求分配的内存大小范围较窄的系统。

为适应此算法,空闲分区表(空闲区链)中的空闲分区按大小从大到小进行排序,自表头开始查找到第一个满足要求的自由分区分配。

该算法保留小的空闲区,尽量减少小的碎片产生。

伙伴算法(buddy):使用二进制优化的思想,将内存以2的幂为单位进行分配,合并时只能合并是伙伴的内存块,两个内存块是伙伴的三个条件是:1.大小相等(很好判断)2.地址连续(也很好判断)3.两个内存块分裂自同一个父块(其实只要判断低地址的内存块首地址是否是与父块地址对齐,即合并后的首地址为父块大小的整数倍)使用lowbit等位运算可以o(1)判断。

伙伴算法在实现的时候可以使用数组+链表的形式(有点像邻接表那种),因为内存上限是固定的,比较容易确定。

下列代码使用的是二维链表(写起来就没有数组加链表简洁)。

在分配调整内存块时使用了递归,如果需要提高效率可以改为循环(递归更能体现出思想且代码简单,循环效率更高但是复杂一丢丢,自行选取)。

#includebits-stdc++.husing namespace std;-*进程分配内存块链表的首指针*-struct allocated_block *allocated_block_head = NULL;#define PROCESS_NAME_LEN 32 -*进程名长度*-#define MIN_SLICE 10 -*最小碎片的大小*-#define DEFAULT_MEM_SIZE 1024 -*内存大小*-#define DEFAULT_MEM_START 0 -*起始位置*--* 内存分配算法 *-#define MA_FF 1--first fit#define MA_BF 2#define MA_WF 3#define Buddy 4 --伙伴算法-*描述每一个空闲块的数据结构*-struct free_block_type{int size;int start_addr;struct free_block_type *next;typedef struct free_block_type FB;-*指向内存中空闲块链表的首指针*-struct free_block_type *free_block;--此处尽量按内存地址顺序排列,-*每个进程分配到的内存块的描述*-struct allocated_block{int pid; int size;int start_addr;char process_name[PROCESS_NAME_LEN];struct allocated_block *next;typedef struct allocated_block allocated_block_type;typedef struct b_free_block_typeint size;free_block_type *list;b_free_block_type *next;}b_free_block_type;b_free_block_type *b_free_block=NULL;--空的时候要设置为NULL --end of buddytypedef struct allocated_block AB;int mem_size=DEFAULT_MEM_SIZE; -*内存大小*-int ma_algorithm = Buddy; -*当前分配算法*- --------------------------static int pid = 0; -*初始pid*-int flag = 0; -*设置内存大小标志*---init_free_block(int mem_size);int display_mem_usage();int b_creat_free_blocks(free_block_type *ab);int rearrange_Buddy();int rearrange(int algorithm);int allocate_mem(struct allocated_block *ab);int free_mem(struct allocated_block *ab);int dispose(struct allocated_block *free_ab);int disfree(FB *free_ab);void free_f();void free_b();-*初始化空闲块,默认为一块,可以指定大小及起始地址*-struct free_block_type* init_free_block(int mem_size)free_f();free_b();struct free_block_type *fb;fb=(struct free_block_type *)malloc(sizeof(struct free_block_type));if(fb==NULL){printf("Error.");getchar();return NULL;fb-size = mem_size;fb-start_addr = DEFAULT_MEM_START;fb-next = NULL;free_block=(struct free_block_type *)malloc(sizeof(struct free_block_type));*free_block=*fb;--free_block供rearrange_Buddy使用,会被销毁 rearrange_Buddy();--初始化buddy算法return fb;--会在main中重新赋值free_block-*显示菜单*-void display_menu(){printf("");printf("1 - Set memory size (default=%d)", DEFAULT_MEM_SIZE); printf("2 - Select memory allocation algorithm");printf("3 - New process ");printf("4 - Terminate a process ");printf("5 - Display memory usage ");printf("0 - Exit");-*设置内存的大小*-int set_mem_size(){--只能设置一次, 清除现有所有链表,重新分配 int size;if(flag!=0){ --防止重复设置printf("Cannot set memory size again");return 0;printf("Total memory size =");scanf("%d", size);if(size0) {mem_size = size;-- free_block-size = mem_size;init_free_block(mem_size);return 1;cout"输入不合法"endl;return 0;-* 设置当前的分配算法 *-int set_algorithm(){int algorithm;printf("t1 - First Fit");printf("t2 - Best Fit ");printf("t3 - Worst Fit ");printf("t4 - Buddy ");scanf("%d", algorithm);--按指定算法重新排列空闲区链表if(algorithm==Buddy)if(ma_algorithm!=Buddy)rearrange(algorithm);if(ma_algorithm==Buddy)rearrange(algorithm);if(algorithm=1 algorithm =4)ma_algorithm=algorithm;cout"输入错误!"endl;display_mem_usage();-*按FF算法重新整理内存空闲块链表*-int rearrange_FF(){--请自行补充--将buddy的二级制表示法展开,按地址排序b_free_block_type *p=b_free_block;free_block_type *work,*twork;allocated_block_type*t=(allocated_block_type*)malloc(sizeof(allocated_block_type)); --最后要销毁此临时块--不排除其他函数调用此函数来完成内存列表的切换,需要暂时改变算法,结束之前再进行还原。

memory allocation policy 内存分配策略 -回复

memory allocation policy 内存分配策略 -回复

memory allocation policy 内存分配策略-回复内存分配策略是计算机系统中的重要组成部分,用于决定如何为程序运行时提供存储空间。

不同的内存分配策略可以对程序的性能、资源利用和系统稳定性产生巨大影响。

本文将介绍内存分配策略的基本概念、常见类型和实施方法,并论述各种策略的优缺点。

一、内存分配策略的基本概念内存分配策略是操作系统或编程语言决定如何管理和分配程序所需内存的方式。

它在程序运行时负责为程序分配、回收和管理内存空间。

内存分配策略的目标是优化程序的性能和资源利用,同时保证系统的稳定性。

二、常见的内存分配策略类型1. 静态内存分配策略:在程序编译阶段,内存空间的分配是在编译时确定的。

程序在执行过程中无法动态分配或释放内存空间。

这种策略的优点是简单、高效,并且不会造成内存碎片。

然而,缺点是无法适应复杂的程序运行时内存需求变化。

2. 动态内存分配策略:在程序运行时,根据实际需要来动态分配和回收内存空间。

这种策略允许程序根据实际情况灵活地利用内存资源,但也容易导致内存碎片。

常见的动态内存分配方法包括堆、栈、全局内存等。

三、常见的内存分配策略实施方法1. 首次适应算法(First Fit):根据内存空闲列表,从头开始查找第一个满足大小要求的空闲块进行分配。

这种方法简单直接,但容易导致内存碎片。

2. 最佳适应算法(Best Fit):根据内存空闲列表,从所有满足大小要求的空闲块中选择最小空闲块进行分配。

这种方法能够最小化碎片化,但会增加搜索时间。

3. 最坏适应算法(Worst Fit):根据内存空闲列表,从所有满足大小要求的空闲块中选择最大空闲块进行分配。

这种方法可以减少频繁的内存分配和释放操作,但可能导致大量碎片化。

4. 快速适应算法(Quick Fit):将内存空闲列表按大小进行分组,根据程序所需内存的大小选择相应的空闲块进行分配。

这种方法提高了搜索效率,但会增加内存空闲列表的维护开销。

存储管理首次、最佳、最坏适应算法

存储管理首次、最佳、最坏适应算法

最佳适应算法最佳适应算法是从全部空闲区中找出能满足作业要求的、且大小最小的空闲分区的一种计算方法,这种方法能使碎片尽量小。

找到:满足要求的自由分区分配排序:从小到大含义最佳适应算法(Best Fit):它从全部空闲区中找出能满足作业要求的、且大小最小的空闲分区,这种方法能使碎片尽量小。

为适应此算法,空闲分区表(空闲区链)中的空闲分区要按从小到大进行排序,自表头开始查找到第一个满足要求的自由分区分配。

该算法保留大的空闲区,但造成许多小的空闲区。

应用问题Best fit算法等价于装箱问题,举例如下:装箱问题:有体积为V的箱子N个,体积为Vi的物品M个,求使得物品全部能够装入箱子,箱子数量的最小值。

假设 V=6 M=10,V1,V2,...,V10分别为:3 4 4 3 5 1 2 5 3 1。

计算过程如下:第一步按物品体积降序排序:5 5 4 4 3 3 3 2 1 1第二步:取未装箱的最大值5装入第一个箱子。

第三步:判断第一个箱子是否已满,不满且剩余空间为1,搜寻剩下体积小于等于1的物品填入箱子1,箱子1填满。

第四步:重复第二,第三步,直到所有物品装入箱子为止,得到箱子数量为6. 6即时本例N的最小值。

最坏适应算法特点:扫描整个空闲分区或链表优点:可使剩下的空闲分区不至于太小最坏适应算法(worst fit)最坏适应分配算法要扫描整个空闲分区或链表,总是挑选一个最大的空闲分区分割给作业使用。

该算法要求将所有的空闲分区按其容量从大到小的顺序形成一空闲分区链,查找时只要看第一个分区能否满足作业要求。

优点:可使剩下的空闲分区不至于太小,产生碎片的几率最小,对中、小作业有利,同时该算法查找效率很高。

缺点:会使存储器中缺乏大的空闲分区。

首次适应算法首次适应算法从空闲分区表的第一个表目起查找该表,把最先能够满足要求的空闲区分配给作业,这种方法目的在于减少查找时间。

为适应这种算法,空闲分区表(空闲区链)中的空闲分区要按地址由低到高进行排序。

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

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

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是关于操作系统内存管理中内存分配策略的四种典型算法。

以下是对它们的简要解释:1. 首次适应算法(First-fit):在内存分配时,首次适应算法从内存区域的起始部分开始搜索,找到第一个能满足请求大小的空闲内存块,并将其分配给请求者。

首次适应算法的优点是分配速度较快,但可能导致内存空间碎片化。

2. 循环首次适应算法(Next-fit):循环首次适应算法类似于首次适应算法,但它在内存分配时保留上一次搜索的位置。

下一次分配时,算法将从上次停止的位置开始搜索,直到找到合适的空闲内存块或返回到起始位置。

这种方法可以在整个内存空间中分散分配过程,进一步改善内存碎片化问题。

3. 最佳适应算法(Best-fit):最佳适应算法在分配内存时,会查找所有可用的空闲内存块,并分配能够最紧密地满足请求大小的内存块。

该策略试图使分配后的剩余空间尽量小,以减少内存浪费。

然而,最佳适应算法通常需要更多的搜索时间,并可能导致过多的小内存碎片。

4. 最坏适应算法(Worst-fit):最坏适应算法与最佳适应算法相反,它在分配内存时选择最大的可用内存块。

这种策略试图保持较大的连续空闲内存块,以便满足大型请求。

然而,最坏适应算法可能导致大量空间浪费,并需要较长的搜索时间。

这些内存分配算法都有各自的优缺点。

在实际的操作系统实现中,可能会根据需求和上下文使用多种算法的组合来优化内存管理。

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一、实验名称:内存分配与回收
二、实验内容:用首次适应算法实现存储空间的分配,回收作业所占用的存储空间。

三、实验目的:
一个好的计算机系统不仅要有足够的存储容量,较高的存取速度和稳定可靠的存储器,而且能够合理的分配和使用这些主存空间。

当用户提出申请主存空间的要求时,存储管理能够按照一定的策略分析主存的使用情况,找出足够的空间分配给申请者;当作业运行完毕,存储管理要回收作业占用的主存空间。

本实验实现在可变分区存储管理方式下,采用最先适应算法对主存空间进行分配和回收,以加深了解操作系统的存储管理功能。

四、实验过程:
a)基本思想
空闲分区链以地址递增的次序连接。

在分配内存时,从链首开始顺序查找,直至找到一个大小能够满足要求的空闲分区为止;然后再按照作
业大小,从该分区中划出一块内存空间分配给请求者,余下的空闲分区
仍然留在空闲链中。

若从链首直至链尾都不能找到一个能满足要求的分
区,则此次内存分配失败。

b)主要数据结构
typedef struct FreeLink{
#include <>
#include <>
using namespace std;
typedef struct FreeLink{配内存"<<endl;
cout<<"2.回收内存"<<endl;
cout<<"3.结束操作"<<endl;
cout<<"请输入你的选择:";
cin>>choice;
}while(choice!='1'&&choice!='2'&&choice!='3');
switch(choice){
case '1':allocate(p);print();break;
case '2':huishou(p);print();break;
case '3':clear();return 0;break;
}
}
}
int main(){//主函数
ptr free=(FreeLink *)malloc(sizeof(FreeLink));
top=free;
top->name='*';
top->start=0;
top->size=256;
top->flag=false;
top->prior=NULL;
top->next=NULL;
cout<<endl;
cout<<"************************ 首次适应算法 ************************"<<endl;
cout<<endl;
firstfit();
}
六、实验小结
通过本实验,深刻地理解到了利用可变分区,采用首次适应算法为作业分配内存的过程。

该算法倾向于优先利用内存中低址部分的空闲分区,从而保留了高址部分的大空闲区。

这给为以后的作业分配大的内存空间创造了条件。

其缺点是地低址部分不断被划分,会留下很多难以利用的,很小的空闲区,而每次查找又都是从低地址部分开始,这无疑会增加查找可用的空闲区时的开销。

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