操作系统实现可变分区内存管理
2022/1/7 7:04:58
本文主要是介绍操作系统实现可变分区内存管理，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！
问题
模拟可变分区内存管理，模拟内存的分配和回收；分配算法实现3种（首次适应、最佳适应、最坏适应）；回收时要考虑分区的合并；有碎片产生时，要考虑碎片整理。
思路
首次适应算法介绍点击这篇
开始有两个节点，一个是头结点，不存储任何信息，还有一个主节点，大小为你设置的最大值，后续所有节点都是在这个节点的基础上划分。
1.最先适应算法：
从这个结点开始，剩余空间大小<你需要的，不满足条件，分配失败。剩余空间大小>你需要的，我们只占用了空闲块的一部分，我们只占用块的前半部分，后面的部分还是空闲，空闲块要新生成，空闲块（temp）位于当前节点（p）和当前节点的下一节点（p->next）之间，如果可用空间大小等于你需要的，直接全占用。
2.最佳适应算法：
最佳适应算法理应是建立一张空闲分区表，将所有空闲分区从小到大排序，但这样实现太麻烦，我们直接找能存所需内存的最小空闲块。遍历所有空闲节点，如果剩余某块空间大小刚好等于你所需要的空间，直接分配，否则就找能装入你所需内存的且块最小的，我们用dValue存空闲块与我们所需内存的差值，差值最小的那个就是我们要求的块。差值越小说明空闲越小，越符合条件。
3.最坏适应算法：
最坏适应算法理应是建立一张空闲分区表，将所有空闲分区从大到小排序，但这样实现太麻烦，我们直接找能存所需内存的最大空闲块。遍历所有空闲节点，找能装入你所需内存的且块最大的，我们用dValue存空闲块与我们所需内存的差值，差值最大的那个就是我们要求的块。差值越大说明空闲越大，越符合条件。
回收注意事项：
回收内存时要注意被回收块的前后块是否空闲，空闲的话要合并，当后块空闲时合并后块，当前后块都空闲时，先合并的后面块，再合并前面块。
代码：
/*
* @Author: robot-cmy
* @Date: 2022-1-1 08:03:50
* @Last Modified by: robot-cmy
* @Last Modified time: 2022-1-1 08:03:50
*/
//参考了下方链接的代码
// https://blog.csdn.net/weixin_39924920/article/details/81054205?ops_request_misc=&request_id=&biz_id=102&utm_term=%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%9C%80%E5%85%88%E9%80%82%E5%BA%94%E7%AE%97%E6%B3%95&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~sobaiduweb~default-0-81054205.first_rank_v2_pc_rank_v29&spm=1018.2226.3001.4187
#include <iostream>
using namespace std;
#define MAX_MEMORY 666 //假设最大内存
void init(); //初始化函数，对初始节点初始化
void showInfo(); //显示分配信息
bool firstFit( int id, int memorySize ); //最先适应算法
bool bestFit( int id, int memorySize ); //最佳适应算法
bool badFit( int id, int memorySize ); //最坏适应算法
void allocate(); //内存分配
void recycle(); //内存回收
//链表数据块
struct Area {
int id; //作业id
int size; //作业大小
int address; //作业起始地址
bool flag; //=1表示被占用 =0表示未被占用
};
//采用双链表表示法
typedef struct Node {
Area data; //节点数段块
Node *pre; //前指针
Node *next; //后指针
} * LinkList;
//firstPointer时链头 lastPointer实际节点，所有数据分配都是基于这个节点
LinkList firstPointer, lastPointer;
//为两个头结点分配空间并初始化
void init() {
firstPointer = new Node;
lastPointer = new Node;
firstPointer->pre = NULL; //头结点前指针为空
firstPointer->next = lastPointer;
firstPointer->data.size = 0;
lastPointer->pre = firstPointer;
lastPointer->next = NULL;
lastPointer->data.address = 0; //我们实际操作都基于lastPointer节点，所以设这个起始地址为0
lastPointer->data.size = MAX_MEMORY; //同理，size也设为最大
lastPointer->data.id = 0;
lastPointer->data.flag = 0;
}
//打印内存分配情况
void showInfo() {
Node *p = firstPointer->next; //指针p指向实际的第一个节点
cout << "\n---------------------内存分配表-----------------\n";
cout << "------------------------------------------------\n";
cout << "分区号\t" << "分区地址\t" << "分区大小\t" << "分区状态\t\n";
cout << "------------------------------------------------\n";
while( p ) {
//cout << "分区号:";
if( p->data.id ) {
cout << p->data.id << "\t"; //输出id
} else {
cout << "空闲" << "\t";
}
cout << p->data.address << "\t\t";
cout << p->data.size << "\t\t";
//flag=1表示被占用，=0表示未占用
if( p->data.flag ) {
cout << "占用" << "\t\t";
} else {
cout << "空闲" << "\t\t";
}
p = p->next;
cout << endl;
//cout << "------------------------\n";
}
cout << "------------------------------------------------\n";
}
//最先适应算法 id为输入的作业编号 memorySize为输入的作业大小
bool firstFit( int id, int memorySize ) {
Node *p = firstPointer->next; //指针p指向实际的第一个节点
while( p ) {
//当前块未被占用且空间>=需要的空间大小
if( !p->data.flag && p->data.size >= memorySize ) {
//当前块刚好等于所需要的大小，直接分配
if( p->data.size == memorySize ) {
p->data.id = id;
p->data.flag = 1;
return true;
} else { //当前块大于需要的，只分当前块的前半部分，后半部分还是空闲
LinkList temp = new Node; //后面的空闲块
temp->data.size = p->data.size - memorySize; //空闲块大小=原来块大小-需要的
temp->data.address = p->data.address + memorySize; //地址=原来块的地址+需要的大小
temp->data.flag = 0; //空闲块表示未被占用
temp->data.id = 0;
temp->pre = p; //相当于在p和p->next之间插入了一个新空闲块temp
temp->next = p->next;
//原节点此时被完全占用
p->data.size = memorySize;
p->data.id = id;
p->data.flag = 1;
p->next = temp; //占用块指向空闲块
return true; //分配成功
}
}
p = p->next;
}
return false; //没有找到可用空闲块
}
//最佳适应算法 并没有按可用分区大小从小到大排序 而是遍历全部可用分区找最小可用的那块
bool bestFit( int id, int memorySize ) {
Node *p = firstPointer->next; //指针p指向实际的第一个节点
Node * bestAddr = nullptr; //最小且能容纳memorysize块地址 即最好块地址
int dValue = MAX_MEMORY; //可用块大小与实际所需空间之间的差值 最小的就是最好的，浪费最少的
while( p ) {
//当前块未被占用且空间>=需要的空间大小
if( !p->data.flag && p->data.size >= memorySize ) {
//当前块刚好等于所需要的大小，直接分配并返回true
if( p->data.size == memorySize ) {
p->data.id = id;
p->data.flag = 1;
return true;
} else { //没有刚好能存所需的块，找最先适应块地址
if( p->data.size - memorySize < dValue ) { //找dvalue最小的
bestAddr = p;
dValue = p->data.size - memorySize; //更新最小差值
}
}
}
p = p->next;
}
//bestAddr不为空，说明找到了最小可用块
if( bestAddr != nullptr ) {
LinkList temp = new Node; //可用块分配完后的后面的空闲块
temp->data.size = bestAddr->data.size - memorySize; //空闲块大小=原来块大小-需要的
temp->data.address = bestAddr->data.address + memorySize; //地址=原来块的地址+需要的大小
temp->data.flag = 0; //表示未被占用
temp->data.id = 0;
temp->pre = bestAddr; //相当于在p和p->next之间插入了一个新空闲块
temp->next = bestAddr->next;
//原节点此时被完全占用
bestAddr->data.size = memorySize;
bestAddr->data.id = id;
bestAddr->data.flag = 1;
bestAddr->next = temp; //连接最先适应块与temp（即后面的空闲块）
return true;
}
return false; //没有找到可用空闲块
}
//最坏适应算法 同理，并没有按空闲块大小排序，而是便利所有空闲块找空间最大的那块
bool badFit( int id, int memorySize ) {
Node *p = firstPointer->next; //指针p指向实际的第一个节点
Node * badAddr = nullptr; //存最大块地址
int dValue = 0; //可用块大小与实际所需空间之间的差值 差值最大的就是最大块
while( p ) {
//当前块未被占用且空间>=需要的空间大小
if( !p->data.flag && p->data.size >= memorySize ) {
//找最大空闲块
if( p->data.size - memorySize >= dValue ) {
badAddr = p;
dValue = p->data.size - memorySize;
}
}
p = p->next;
}
if( badAddr != nullptr ) {
LinkList temp = new Node; //后面的空闲块
temp->data.size = badAddr->data.size - memorySize; //空闲块大小=原来块大小-需要的
temp->data.address = badAddr->data.address + memorySize; //地址=原来块的地址+需要的大小
temp->data.flag = 0; //表示未被占用
temp->data.id = 0;
temp->pre = badAddr; //相当于在p和p->next之间插入了一个新空闲块
temp->next = badAddr->next;
//原节点此时被完全占用
badAddr->data.size = memorySize;
badAddr->data.id = id;
badAddr->data.flag = 1;
badAddr->next = temp; //连接最大块与temp（即后面的空闲块）
return true;
}
return false; //没有找到可用空闲块
}
//作业内存分配
void allocate( int allocateChoice ) {
int id, memorySize;//id为要分配内存块编号 memorysize为要分配的大小
bool sign ; //判断分配是否成功
cout << "输入作业编号和申请内存大小:";
cin >> id >> memorySize;
//最先适应
if( allocateChoice == 1 ) {
sign = firstFit( id, memorySize );
} else if( allocateChoice == 2 ) { //最佳适应
sign = bestFit( id, memorySize );
} else if( allocateChoice == 3 ) { //最坏适应
sign = badFit( id, memorySize );
}
if( sign ) {
cout << "分配成功!!!\n";
} else {
cout << "内存不足，分配失败!!!\n";
}
}
//作业内存回收，前面的块空闲要与前面块合并，后面的块空闲要与后面的块合并
void recycle() {
int id;
Node *p = firstPointer->next; //指针p指向实际的第一个节点
cout << "输入要释放的进程序号:";
cin >> id;
while( p ) {
//找到了内存块
if( p->data.id == id ) {
p->data.id = 0; //id=0表示内存卡未被使用
p->data.flag = 0; // 1占用 0空闲
//与前一个块合并时要考虑先合并后面的块，这样才能不出错
if( !p->pre->data.flag ) {
//合并后面的块
if( !p->next->data.flag ) {
p->data.size += p->next->data.size; //将后面块的内存加到前一块中
if( p->next->next == nullptr ) { //p块后面的后面是空指针 就是p后面一共只有一块
p->next = p->next->next; //将后面的块加到前面后就将p的next指针置空 因为后面没有块了
} else { //p后面的后面还有块的情况 example 有1 2 3三个块 2是空块 已经将2的内存加到了1中
//1块和2块合成了一块 p->next->next是3块
p->next->next->pre = p; //3块前指针应变成1
p->next = p->next->next; //1的后指针应变成3
}
}
//合并前面块
p->pre->data.size += p->data.size;
p->pre->next = p->next;
p->next->pre = p->pre;
}
//合并后面块
if( !p->next->data.flag ) {
p->data.size += p->next->data.size; //将后面块的内存加到前一块中
if( p->next->next == nullptr ) { //p块后面的后面是空指针 就是p后面一共只有一块
p->next = p->next->next; //将后面的块加到前面后就将p的next指针置空 因为后面没有块了
} else {
//p后面的后面还有块的情况 example 有1 2 3三个块 2是空块 已经将2的内存加到了1中
//1块和2块合成了一块 p->next->next是3块
p->next->next->pre = p; //3块前指针应变成1
p->next = p->next->next; //1的后指针应变成3
}
}
cout << "内存回收成功！！" << endl;
}
p = p->next;
}
}
int main() {
init();//初始化
int choice;
int allocateChoice; //内存分配方式选择
cout << "\t选择内存分配方式 1.首次适应 2.最佳适应 3.最坏适应" << endl;
cout << "请选择:";
cin >> allocateChoice;
while( 1 ) {
cout << "\n\n1.分配空间";
cout << "\n2.回收空间";
cout << "\n3.显示内存分配情况";
cout << "\n0.退出\n";
cout << "输入选项:";
cin >> choice;
switch( choice ) {
case 1:
allocate( allocateChoice ); //分配空间
break;
case 2:
recycle(); //回收空间
break;
case 3:
showInfo(); //输出分配信息
break;
case 0:
return 0;
break;
}
}
return 0;
}
这篇关于操作系统实现可变分区内存管理的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！
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