第四部分 Linux经典系统管理算法的模拟实现

第四部分Linux经典系统管理算法的模拟实现

设计题目3 动态多分区存储管理模拟系统

【实验目的】

1．对理论课中学习的内存管理当中的概念做进一步的理解；

2．了解内存管理任务的主要实现方法；

3．掌握内存的分配,回收等主要算法的原理；

4. 通过编程,熟悉分区式存储管理方法中内存分配回收算法的实现方式。

【实验预备知识】

在该实验中，我们通过模拟以可变分区管理方式来分配和回收主存，实现对计算机操作系统管理主存方式的加深理解。

该模拟实验中，为了实现可变分区的分配和回收，主要要解决三个问题。

（1）设计一个用来记录主存使用情况的数据结构，登记空闲区和作业区占用的情况；

（2）在设计好的该数据结构上面，再设计一个主存分配算法；

（3）在设计好的该数据结构上面，再设计一个主存回收算法。

记录主存使用情况的数据结构，使用到了两张表格：“空闲分区表”和“已分配分区表”。

“空闲分区表”用来记录空闲分区，表中除了分区起始地址和长度外，好要加一项“标志”，若是空闲的栏目，则该项内容为“空”；若登记了某块空闲分区，则该项内容为“未分配”，用数字“1”表示。

“已分配分区表”用来记录作业占用分区的情况，表中除了分区起始地址和长度外，也要加如一项“标志”，若是空闲的栏目，则该项内容为“空”；若登记了某块被分配的分区，则该项内容应填写为占用该分区的作业名称。

“空闲分区表”和“已分配分区表”见下表：

分区起始地址分区长度标志

0x6c74d300 64 0

0x6fd5ca00 108 1

…………

在本实验中，因为主要侧重于分区的管理，所以对登记分区情况的表格，使用了结构体数组这一简单的数据结构，但是初始化数组的时候，数组元素的个数一定要足够多。在现实中，登记分区情况的表格使用的是以结构体为元素的顺序链表，有能力的同学也可以在完成本实验后继续探索。

在编写程序当中，还需要注意以下几个问题。

（1）对与分配主存空间的算法，我们采用最优适应算法，该算法将按照作业要求挑选一个能满足要求的最小空闲分区分配。

（2）主存空间的回收中，要注意在可变分区方式下，除了要修改“空闲分区表”和“已分配分区表”外，还需要将回收的主存空间与可能的相邻空闲空间予以合并。

【实验内容】

编写程序，由必要的数据结构、主函数、主存分配函数和主存回收函数构成。实现在可变分区管理方式下，采用最优适应算法对主存分配与回收的模拟。

在主存分配函数中，要求实现的基本功能操作：寻找空闲分区，空闲分区表的修改，已分配分区表的修改。其中，若寻找到的最小适合空间相对作业请求的空间来说仍过大，则要分割该分区。

在主存回收函数中，要求实现的基本功能操作：回收作业释放的分区、修改已分配分区表、修改空闲分区表。其中，若回收的分区有上邻空闲分区或（和）下邻空闲分区的，要合并成为一个空闲分区，登记在空闲分区表的一个表项里。

【数据结构设计参考】

#define n 20 //模拟实验中，允许的最大作业数目

#define m 20 //模拟实验中，允许的最大空闲分区数目

#define minisize 100 //分配分区时，若寻找到的最小适合空间相对作业请求的空间来说

仍大于该数值，则要分割该分区

struct

{

float address; //已分配分区起始地址

float length; //已分配分区长度，单位为字节

int flag; //已分配分区表的标志项

}used_table[n]; //已分配分区表

struct

{

float address; //空闲分区起始地址

float length; //空闲分区长度，单位为字节

int flag; //空闲分区表的标志项

}free_table[m]; //空闲分区表

【进一步设计要求】

有能力的同学，可以将登记分区情况的结构体数组，改成采用链表结构，实现空间的合理利用，减少因为定长数组带来的内存浪费。

设计题目4 独占设备的分配回收模拟系统

【实验目的】

1．对理论课中学习的设备管理的概念做进一步的理解；

2．了解设备管理任务的主要实现方法；

3．通过编程学会独占设备的分配、回收等主要算法的原理。

【实验基本要求】

在操作系统当中，对于独占设备，通常使用静态分配方式，就是在一个作业执行准备其间，将该作业所需要使用到的设备分配给作业，在该作业执行其间这个设备归该作业占

用，直到作业执行结束才归还给系统。此实验中，就要通过模拟方法来实现简单的独占设备的分配和回收。

在操作系统中，通过设置”设备分配表”，用来记录计算机系统所配置的独占设备的类型，数量以及分配情况等。为了实现设备分配，回收过程的独立性，设备分配表一般由”设备类表”和”设备表”两部分组成。

“设备类表”记录了系统中的各类设备，每类设备占用一个登记项，登记该类设备的总数量，当前有几台空闲设备和该类设备在设备表中的起始地址。每一台设备在”设备登记表”中占用一个登记项，同类的若干台设备连续登记在设备表中。设备表中登记每一台设备的绝对号，设备的好坏使用情况，设备是否分配，设备是被哪一个作业占用和设备相对号。在该模拟实验中，设备类表和设备表均采用结构型的数据类型表示，在设备表中，用”1”表示设备好，用”0”表示设备设备坏，用”1”表示设备已分配，用”0”表示设备空闲。设备类表和设备表的内容和数据结构见下表。

设备类表结构

设备类拥有设备数量现存好的设备数量设备表起始地址

printer 3 2 16

……………………

设备表结构

绝对号好/坏已/未分配占用作业名相对号

116 1 1 job1 2

…………………………

在作业申请某台设备时，系统先查”设备类表”，如果该类设备的现存可使用数量可以满足申请要求，则从”设备类表”中得到该类设备的设备表起始地址，然后找到”设备表”中该类设备的起始地址，一次查询该类设备的每个登记项，找出”好的且未分配”的设备分配给该作业。分配后要修改设备类表中的现存设备数量，把分配给该作业的设备状态更改为”已分配”，且填上占用该设备的作业的作业名和程序中定义的相对号，最后，被设备的绝对号与相对号的对应关系通知用户。

当作业运行完成，释放设备时。系统首先要查看设备表，比较每一项,找到占用作业名与运行完作业的作业名相同的栏目，将这一栏的”已/未分配”设置为”未分配”(即设置为”0”)，然后将设备表中对应设备类的”可使用数量”增加1。

【数据结构设计参考】

struct{

char type[10]; //设备类名

int count; //拥有设备数量

int remain; //现存的可用设备数量

int address; //该类设备在设备表中的起始地址

}equip_type[n]; //设备类表定义,假设系统有n个设备类型

struct{

int number; //设备绝对号

int status; //设备状态可否使用

int remain; //设备是否已分配