计算机操作系统内存管理系统可变分区存储管理方式的内存分配回收

课程设计2 可变分区存储管理方式的内存分配回收一、课程设计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、预备知识存储管理中可变分区的管理方式。

三、小组成员四、课程设计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。

具体包括：确定内存空间分配表；采用最优适应算法完成内存空间的分配和回收；编写主函数对所做工作进行测试。

五、设计思路：整体思路：可变分区管理方式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中的各个空闲区，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人该作业，作业执行完后，其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。

设计所才用的算法：采用最优适应算法，每次为作业分配内存时，总是把既能满足要求、又是最小的空闲分区分配给作业。

但最优适应算法容易出现找到的一个分区可能只比作业所需求的长度略大一点的情行，这时，空闲区分割后剩下的空闲区就很小以致很难再使用，降低了内存的使用率。

为解决此问题，设定一个限值minsize，如果空闲区的大小减去作业需求长度得到的值小于等于minsize，不再将空闲区分成己分分区和空闲区两部分，而是将整个空闲区都分配给作业。

内存分配与回收所使用的结构体：为便于对内存的分配和回收，建立两张表记录内存的使用情况。

一张为记录作业占用分区的“内存分配表”，内容包括分区起始地址、长度、作业名/标志（为0时作为标志位表示空栏目）；一张为记录空闲区的“空闲分区表”，内容包括分区起始地址、长度、标志（0表空栏目，1表未分配）。

两张表都采用顺序表形式。

关于分配留下的内存小碎片问题：当要装入一个作业时，从“空闲分区表”中查找标志为“1”（未分配）且满足作业所需内存大小的最小空闲区，若空闲区的大小与作业所需大小的差值小于或等于minsize，把该分区全部分配给作业，并把该空闲区的标志改为“0”（空栏目）。

同时，在已分配区表中找到一个标志为“0”的栏目登记新装人作业所占用分区的起始地址，长度和作业名。

若空闲区的大小与作业所需大小的差值大于minsize。

则把空闲区分成两部分，一部分用来装入作业，另外一部分仍为空闲区。

这时只要修改原空闲区的长度，且把新装人的作业登记到已分配区表中。

内存的回收：在可变分区方式下回收内存空间时，先检查是否有与归还区相邻的空闲区（上邻空闲区，下邻空闲区）。

若有，则将它们合件成一个空闲区。

程序实现时，首先将要释放的作业在“内存分配表”中的记录项的标志改为“0”（空栏目），然后检查“空闲区表”中标志为‘1’（未分配）的栏目，查找是否有相邻的空闲区，若有，将之合并，并修改空闲区的起始地址和长度。

六：数据结构（1）已分配表的定义：struct{float address; //已分分区起始地址float length; //已分分区长度，单位为字节int flag; //已分配区表登记栏标志，"0"表示空栏目，实验中只支持一个字符的作业名}used_table[n]; //已分配区表（2）空闲分区表的定义：struct{float address; //空闲区起始地址float length; //空闲区长度，单位为字节int flag; //空闲区表登记栏标志，用"0"表示空栏目，用"1"表示未分配}free_table[m]; //空闲区表(3)全局变量float minsize=5;#define n 10 //假定系统允许的最大作业数量为n#define m 10 //假定系统允许的空闲区表最大为m七、核心算法：//最优分配算法实现的动态分区int distribute(int process_name, float need_length){int i, k=-1; //k用于定位在空闲表中选择的未分配栏float ads, len;int count=0;i=0;//核心的查找条件，找到最优空闲区while(i<=m-1) //循环找到最佳的空闲分区{if(free_table[i].flag==1 && need_length <=free_table[i].length){count++;if(count==1||free_table[i].length < free_table[k].length)k=i;}i=i+1;}if(k!=-1)//如果找到了空闲内存{if((free_table[k].length-need_length)<=minsize) //整个分配{free_table[k].flag=0;ads=free_table[k].address;len=free_table[k].length;}else{ //切割空闲区ads=free_table[k].address;len=need_length;free_table[k].address+=need_length;free_table[k].length-=need_length;}i=0;//循环寻找内存分配表中标志为空栏目的项while(used_table[i].flag!=0) //如果标记栏不空，查找下一个{i=i+1;}if(i<=n-1) //找到，在已分配区表中登记一个表项{used_table[i].address=ads;used_table[i].length=len;used_table[i].flag=process_name;count1++;}else //已分配区表长度不足{if(free_table[k].flag == 0) //将已做的未进行过切割的整个分配撤销{free_table[k].flag=1;free_table[k].address=ads;free_table[k].length=len;}else //将已做的切割分配撤销{free_table[k].address=ads;free_table[k].length+=len;}cout<<"内存分配区已满，分配失败！\n";return 0;}}else{cout <<"无法为该作业找到合适分区！\n";return 0;}return process_name;}八、程序流程图：作业分配流程图：内存回收流程图：九、程序说明：本程序采用Visual C++编写，模拟可变分区存储管理方式的内存分配与回收。

假定系统允许的最大作业数量为n=10，允许的空闲区表最大项数为m=10，判断是否划分空闲区的最小限值为minsize=5。

初始化用户可占用内存区的首地址为1000，大小为1024B。

定义两个结构体及其对象free_table[m]和used_table[n]实现内存的分配回收及分配表和空闲表的登记。

用最优分配算法实现动态分配时，调用int distribute(int process_name, float need_length)内存分配函数，设定循环条件查找最佳空闲分区，定义int k 以记录最佳空闲区的首地址，根据找到的空闲区大小和作业大小判断是整个分配给作业还是切割空闲区后再分配给作业，并在“内存分配表”和“空闲分区表”中作登记。

调用int recycle(int process_name)函数实现内存的回收。

顺序循环“内存分配表”找到要回收的作业，将标志位设为“0”，定义float recycle_address, recycle_length;用recycle_address记下回收作业的首地址，recycle_length记下回收作业长度。

查找空闲表，如果(free_table[i].address+free_table[i].length)==recycle_address，说明有上邻接空闲区，这时上邻接区的起始地址不变，长度+ recycle_address；如果(recycle_address+recycle_length)==free_table[i].address，说明有下邻接，这时下邻接空闲区的起始地址改为回收作业的起始地址recycle_address，长度+ recycle_length。

如果同时有上下邻接空闲区，则上邻接的起始地址不变，长度+recycle_address+下邻接的长度，下邻接标志设为“0”否则，要回收的内存没有邻接空闲区，在空闲区中找到一个标志为“0”的空栏目登记回收的内存。

十、内存分配回收实现截图：1、后台代码的截图：(1)、假定系统内存分配表允许的最大作业项为10，当分配超过10时，提示“内存分配区已满，分配失败”。

(2)、回收作业所占内存时，当输入的作业名不存在，回收失败，提示“该作业不存在”。

(3)、当要释放某个作业时，将已分配表中此作业的标志置为‘0’，并在空闲区做相应登记。

(4)、分配的作业大小21B与找到的最优空闲区大小25B差值小于5B，所以将整块空闲区直接分配给作业。

(5)、分配的作业大小14B与找到的最优空闲区大小20B差值大于5B，所以将整块空闲区分割成两部分，然后修改空闲表。

(6)、要回收的内存在空闲表中有上邻，将其合并(7)、空闲区有两个长度分别为20B和18B的未分配烂，现为作业6分配14B的内存，用最佳分配算法找到空闲区。

2、制作界面的实现截图十、源程序：#include <iostream.h>#include <iomanip.h>//全局变量float minsize=5;int count1=0;int count2=0;#define m 10 //假定系统允许的空闲区表最大为m #define n 10 //假定系统允许的最大作业数量为n//已分配表的定义struct{float address; //已分分区起始地址float length; //已分分区长度，单位为字节int flag; //已分配区表登记栏标志，"0"表示空栏目}used_table[n]; //已分配区表对象名//空闲区表的定义：struct{float address; //空闲区起始地址float length; //空闲区长度，单位为字节int flag; //空闲区表登记栏标志，用"0"表示空栏目，用"1"表示未分配}free_table[m]; //空闲区表对象名//函数声明void initialize(void);int distribute(int, float);int recycle(int);void show();//初始化两个表void initialize(void){int a;for(a=0; a<=n-1; a++)used_table[a].flag=0; //已分配表的表项全部置为空表项free_table[0].address=1000;free_table[0].length=1024;free_table[0].flag=1; //空闲区表的表项全部为未分配}//最优分配算法实现的动态分区int distribute(int process_name, float need_length){int i, k=-1; //k用于定位在空闲表中选择的未分配栏float ads, len;int count=0;i=0;while(i<=m-1) //循环找到最佳的空闲分区{if(free_table[i].flag==1 && need_length <=free_table[i].length){count++;if(count==1||free_table[i].length < free_table[k].length)k=i;}i=i+1;}if(k!=-1){if((free_table[k].length-need_length)<=minsize) //整个分配{free_table[k].flag=0;ads=free_table[k].address;len=free_table[k].length;}else{ //切割空闲区ads=free_table[k].address;len=need_length;free_table[k].address+=need_length;free_table[k].length-=need_length;}i=0;//循环寻找内存分配表中标志为空栏目的项while(used_table[i].flag!=0){i=i+1;}if(i<=n-1) //找到，在已分配区表中登记一个表项{used_table[i].address=ads;used_table[i].length=len;used_table[i].flag=process_name;count1++;}else //已分配区表长度不足{if(free_table[k].flag == 0) //将已做的整个分配撤销{free_table[k].flag=1;free_table[k].address=ads;free_table[k].length=len;}else //将已做的切割分配撤销{free_table[k].address=ads;free_table[k].length+=len;}cout<<"内存分配区已满，分配失败！\n";return 0;}}else{cout <<"无法为该作业找到合适分区！\n";return 0;}return process_name;}int recycle(int process_name){int y=0;float recycle_address, recycle_length;int i, j, k; //j栏是下邻空闲区，k栏是上栏空闲区int x;//在内存分配表中找到要回收的作业while(y<=n-1&&used_table[y].flag!=process_name) { y=y+1;}if(y<=n-1) //找到作业后，将该栏的标志置为‘0’{recycle_address=used_table[y].address;recycle_length=used_table[y].length;used_table[y].flag=0;count2++;}else //未能找到作业，回收失败{cout<<"该作业不存在！\n";return 0;}j=k=-1;i=0;while(!(i>=m||(k!=-1&&j!=-1))) //修改空闲分区表{if(free_table[i].flag==1){if((free_table[i].address+free_table[i].length)==recycle_ address)k=i; //判断是否有上邻接if((recycle_address+recycle_length)==free_table[i].addr ess)j=i; //判断是否有下邻接}i=i+1;}//合并空闲区if(k!=-1) //回收区有上邻接{if(j!=-1){ //回收区也有下邻接，和上下领接合并free_table[k].length+=free_table[j].length+recycle_leng th;free_table[j].flag=0; //将第j栏的标记置为‘0’}else //不存在下邻接，和上邻接合并free_table[k].length+=recycle_length;}else if(j!=-1){ //只有下邻接，和下邻接合并free_table[j].length+=recycle_length;free_table[j].address=recycle_address;}else{ //上下邻接都没有x=0;while(free_table[x].flag!=0)x=x+1; //在空闲区表中查找一个状态为‘0’的栏目if(x<=m-1){ //找到后，在空闲分区中登记回收的内存free_table[x].address=recycle_address;free_table[x].length=recycle_length;free_table[x].flag=1;}else{ //空闲表已满，执行回收失败used_table[y].flag=process_name;cout<<"空闲区已满，回收失败！\n";return 0;}}return process_name;}void show() //程序执行时输出模拟的内存分配回收表{cout<<"++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++\n";cout<<"+++++++ 空闲区+++++++\n"; cout<<"++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++\n";for(int i=0;i<=count2;i++)cout<<"地址："<<free_table[i].address<<" "<<"作业长度："<<free_table[i].length<<" "<<"状态："<<free_table[i].flag<<endl;cout<<"++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++\n";cout<<"+++++++ 已分配区++++++\n"; cout<<"++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++\n";for(int j=0;j<count1;j++)cout<<"地址："<<used_table[j].address<<" "<<"作业长度："<<used_table[j].length<<" "<<"作业名："<<used_table[j].flag<<endl;}void main() //主函数调用各功能函数对所有工作进行测试{int choice; //用来选择将要进行的操作int job_name;float need_memory;bool exitFlag=false;cout<<" 动态分区分配方式的模拟\n";cout<<"************************************\n";cout<<"请选择操作类型：\n";initialize(); //开创空闲区和已分配区两个表while(!exitFlag){cout<<"*************************************** *****\n";cout<<"** 1: 分配内存2: 回收内存**\n";cout<<"** 3: 查看分配0: 退出**\n"; cout<<"***************************************** ***\n";cout<<"请输入您的操作：";cin>>choice;switch(choice){case 0:exitFlag=true; //退出操作break;case 1:cout<<"请输入作业名和所需内存：";cin>>job_name>>need_memory;distribute(job_name, need_memory); // 分配内存break;case 2:int ID;cout<<"请输入您要释放的分区号：";cin>>ID;recycle(ID); //回收内存break;case 3:show();break;}}}十一、心得体会：每一次的实践，都会有很大的收获。