实验四主存空间的分配和回收

物联网工程   黄泽鹏  201306104111

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：4.cpp

可执行程序名：4.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。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <conio.h>
#define nil -1
#define NULL 0
#define maxisize 600    //用户的空闲区空间最大值
#define minisize 4     
#define getspace(type) (type*)malloc(sizeof(type)) //分配空间
struct table{
    char job;                 //作业标号
    float address;            //分区起始地址
    float length;             //分区长度，单位为字节
    int flag;                 //分区表的状态位
    struct table *FRlink;     //前向指针
    struct table *RElink;    //后向指针
}*free_table=NULL,*place;   //已分配分区表,空闲分区表
typedef struct table FRtable;
//空间分区链表初始化
FRtable *init(FRtable *tb)
{
    tb->FRlink=NULL;
    tb->job=nil;
    tb->address=1064;
    tb->length=1664;
    tb->flag=0;
    tb->RElink=NULL;
    return tb;
}
//主存分配函数，为作业job分配大小为xk的分区空间
void allocate(char job,float xk,int choice)
{
    FRtable *tb,*link;
    int k=0;
    float temp=600;
    if (free_table->FRlink==NULL&&free_table->RElink==NULL)
    {//给首个作业分配空间，改写分区链表
        free_table->job=job;
        free_table->length=xk;
        free_table->flag=1;
        if (xk<maxisize)
        {
            tb=getspace(FRtable);
            free_table->RElink=tb;
            tb->FRlink=free_table;
            tb->job=nil;
            tb->address=1064+xk;
            tb->length=maxisize-xk;
            tb->flag=0;
        }
        if (choice==2)
        {//链接成循环链表
            free_table->FRlink=tb;
            tb->RElink=free_table;
            place=tb;
        }
        else
        {
            free_table->FRlink=NULL;
            if (xk<maxisize) tb->RElink=NULL;
        }
        k=1;
    }
    else
    {
        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
        else tb=free_table;
        while(tb!=NULL)
        {
            if (3==choice)
            {
                while(tb!=NULL)
                {
                    if (tb->length>=xk&&tb->flag==0)
                        if (tb->length<temp)
                            {place=tb;temp=tb->length;}   //选择最适合空间
                    tb=tb->RElink;
                }
                tb=place;
            }
            if (tb->length>=xk&&tb->flag==0)
                if (tb->length-xk<=minisize)
                {//当搜索到的空间大小<=xk+minisize时，将空间全部分配给作业
                    tb->job=job;
                    tb->flag=1;
                    place=tb->RElink;
                    k=1;
                    break;
                }
                else
                {//当搜索到的空间大小>xk+minisize时，将空间划分，再分配给作业
                    link=getspace(FRtable);
                    link->length=tb->length-xk;
                    tb->job=job;
                    tb->length=xk;
                    tb->flag=1;
                    link->RElink=tb->RElink;
                    if (NULL!=tb->RElink) tb->RElink->FRlink=link;
                    tb->RElink=link;
                    link->FRlink=tb;
                    link->job=nil;
                    link->address=tb->address+xk;
                    link->flag=0;
                    place=link;
                    k=1;
                    break;
                }
            tb=tb->RElink;
        }
    }
    if (0==k)
    {//未寻找到合适的空间分区，返回
        printf(">>空间申请失败! 
");
        return;
    }
}

//主存回收函数，回收作业job所占用的分区空间
void reclaim(char job,int choice)
{
    int bool1=0,bool2=0;
    FRtable *tb,*link;
    tb=free_table;
    if (2==choice) link=tb;
    else link=NULL;
    do
    {
        if (job==tb->job&&1==tb->flag) break;
        tb=tb->RElink;
        if (tb==link)
        {
            printf("
>>抱歉，不存在作业%c! 
",job);
            return;
        }
    }while(tb!=link);
    bool1=(NULL==tb->FRlink||tb->FRlink==tb->RElink)? 1:tb->FRlink->flag;
    bool2=(NULL==tb->RElink||tb->FRlink==tb->RElink)? 1:tb->RElink->flag;
    if (bool1&&bool2)
    {
        tb->job=nil;
        tb->flag=0;
    }
    else if ((NULL==tb->FRlink||1==tb->FRlink->flag)&&0==tb->RElink->flag)
    {
        link=tb->RElink;
        tb->job=nil;
        tb->length+=link->length;
        tb->flag=0;
        tb->RElink=link->RElink;
        if (NULL!=link->RElink) link->RElink->FRlink=tb;
        free(link);
    }
    else if (0==tb->FRlink->flag&&1==tb->RElink->flag)
    {
        link=tb->FRlink;
        link->length+=tb->length;
        link->RElink=tb->RElink;
        tb->RElink->FRlink=link;
        if (free_table==tb) free_table=link;
        free(tb);
    }
    else if (0==tb->FRlink->flag&&0==tb->RElink->flag)
    {
        link=tb->FRlink;
        link->length=link->length+tb->length+tb->RElink->length;
        link->RElink=tb->RElink->RElink;
        if (NULL!=tb->RElink->RElink) tb->RElink->RElink->FRlink=link;
        if (free_table==tb) free_table=link;
        free(tb);
        free(tb->RElink);
    }
}
//显示空间分区链表
void display(FRtable *tb,int choice)
{
//    clrscr();
    FRtable *temp;
    if (2==choice) temp=tb;
    else temp=NULL;
    printf("
	标号	分区首地址	分区大小(KB)	    状态位
");
    printf("
	 sys	 1024.00	 40.00		     1
");
    do
    {
        printf("
	 %c	 %.2f	 %.2f		     %d
",tb->job,tb->address,tb->length,tb->flag);
        tb=tb->RElink;
    }while(temp!=tb);
}
//主函数
int main()
{
    int i,a,choice;
    float xk;
    char job;
    FRtable *ta=getspace(FRtable);
    free_table=init(ta);
    do{
        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)
 
");
        printf(">>请选择相应的算法(0-2):");
        scanf("%d",&choice);
        if (0==choice) exit(0);
    }while(0>choice&&2<choice);
    while(1)
    {
        printf("
    菜单:
	0 - 退出(Exit)
	1 - 申请空间(Allocation)
	2 - 回收空间(Reclaim) 
");
        printf(">>请选择你的操作(0-2):");
        scanf("%d",&a);
        switch(a)
        {
            //a=0,程序结束
            case 0:exit(0);
            //a=1,分配主存空间
            case 1:printf(">>请输入作业标号和所需要申请的空间:");
                    scanf("%*c%c%f",&job,&xk);
                    allocate(job,xk,choice);
                    display(free_table,choice);
                    break;
            //a=2,回收主存空间
            case 2:printf(">>请输入你想回收的作业的相应标号:");
                    scanf("%*c%c",&job);
                    reclaim(job,choice);
                    display(free_table,choice);
                    break;
            default:printf(">>ERROR：No thie choose! 
");
        }
    }
}

 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，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，在初始化队列与访问的时候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，通过询问同学并且慢慢修改后，终于把这些问题一一克服了。