操作系統(tǒng) 主存儲(chǔ)器空間的分配和回收

1、實(shí)習(xí)四 主存儲(chǔ)器空間的分配和回收 一，實(shí)習(xí)題目本實(shí)習(xí)模擬在兩種存儲(chǔ)管理方式下的主存分配和回收。第一題：在可變分區(qū)管理方式下采用最先適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)主存分配和實(shí)現(xiàn)主存回收。提示：可變分區(qū)方式是按作業(yè)需要的主存空間大小來(lái)分割分區(qū)的。當(dāng)要裝入一個(gè)作業(yè)時(shí)，根據(jù)作業(yè)需要的主存量查看是否有足夠的空閑空間，若有，則按需要量分割一個(gè)分區(qū)分配給該作業(yè)；若無(wú)，則作業(yè)不能裝入。隨著作業(yè)的裝入、撤離，主存空間被分成許多個(gè)分區(qū)，有的分區(qū)被作業(yè)占用，而有的分區(qū)是空閑的。例如：05k10k14k26k32k128k操作系統(tǒng)作業(yè)1作業(yè)3空閑區(qū)作業(yè)2空閑區(qū)為了說(shuō)明哪些區(qū)是空閑的，可以用來(lái)裝入新作業(yè)，必須要有一張空閑區(qū)說(shuō)明表，格式如

2、下：起 址長(zhǎng) 度狀 態(tài)第一欄14 K12 K未 分 配第二欄32 K96 K未 分 配MM空 表 目空 表 目MM其中，起址指出一個(gè)空閑區(qū)的主存起始地址。 長(zhǎng)度指出從起始地址開(kāi)始的一個(gè)連續(xù)空閑的長(zhǎng)度。 狀態(tài)有兩種狀態(tài)，一種是“未分配”狀態(tài)，指出對(duì)應(yīng)的由起址指出的某個(gè)長(zhǎng)度的區(qū)域是空閑區(qū)；另一種是“空表目”狀態(tài)，表示表中對(duì)應(yīng)的登記項(xiàng)目是空白（無(wú)效），可用來(lái)登記新的空閑區(qū)（例如，作業(yè)撤離后，它所占的區(qū)域就成了空閑區(qū)，應(yīng)找一個(gè)“空表目”欄登記歸還區(qū)的起址和長(zhǎng)度且修改狀態(tài)）。由于分區(qū)的個(gè)數(shù)不定，所以空閑區(qū)說(shuō)明表中應(yīng)有適量的狀態(tài)為“空表目”的登記欄目，否則造成表格“溢出”無(wú)法登記。上述的這張說(shuō)明表的登記情

3、況是按提示（1）中的例所裝入的三個(gè)作業(yè)占用的主存區(qū)域后填寫(xiě)的。(2) 當(dāng)有一個(gè)新作業(yè)要求裝入主存時(shí)，必須查空閑區(qū)說(shuō)明表，從中找出一個(gè)足夠大的空閑區(qū)。有時(shí)找到的空閑區(qū)可能大于作業(yè)需要量，這時(shí)應(yīng)把原來(lái)的空閑區(qū)變成兩部分：一部分分給作業(yè)占用；另一部分又成為一個(gè)較小的空閑區(qū)。為了盡量減少由于分割造成的空閑區(qū)，而盡量保存高地址部分有較大的連續(xù)空閑區(qū)域，以利于大型作業(yè)的裝入。為此，在空閑區(qū)說(shuō)明表中，把每個(gè)空閑區(qū)按其地址順序登記，即每個(gè)后繼的空閑區(qū)其起始地址總是比前者大。為了方便查找還可使表格“緊縮”，總是讓“空表目”欄集中在表格的后部。(3) 采用最先適應(yīng)算法（順序分配算法）分配主存空間。按照作業(yè)的需要量

4、，查空閑區(qū)說(shuō)明表，順序查看登記欄，找到第一個(gè)能滿(mǎn)足要求的空閑區(qū)。當(dāng)空閑區(qū)大于需要量時(shí)，一部分用來(lái)裝入作業(yè)，另一部分仍為空閑區(qū)登記在空閑區(qū)說(shuō)明表中。由于本實(shí)習(xí)是模擬主存的分配，所以把主存區(qū)分配給作業(yè)后并不實(shí)際啟動(dòng)裝入程序裝入作業(yè)，而用輸出“分配情況”來(lái)代替。最先適應(yīng)分配算法如圖4-1。(4) 當(dāng)一個(gè)作業(yè)執(zhí)行結(jié)束撤離時(shí)，作業(yè)所占的區(qū)域應(yīng)該歸還，歸還的區(qū)域如果與其它空閑區(qū)相鄰，則應(yīng)合成一個(gè)較大的空閑區(qū)，登記在空閑區(qū)說(shuō)明表中。例如，在提示（1）中列舉的情況下，如果作業(yè)2撤離，歸還所占主存區(qū)域時(shí)，應(yīng)與上、下相鄰的空閑區(qū)一起合成一個(gè)大的空閑區(qū)登記在空閑區(qū)說(shuō)明表中。歸還主存時(shí)的回收算法如圖4-2。(5) 請(qǐng)

5、按最先適應(yīng)算法設(shè)計(jì)主存分配和回收的程序。然后按（1）中假設(shè)主存中已裝入三個(gè)作業(yè)，且形成兩個(gè)空閑區(qū)，確定空閑區(qū)說(shuō)明表的初值?，F(xiàn)有一個(gè)需要主存量為6K的作業(yè)4申請(qǐng)裝入主存；然后作業(yè)3撤離；再作業(yè)2撤離。請(qǐng)你為它們進(jìn)行主存分配和回收，把空閑區(qū)說(shuō)明表的初值以及每次分配或回收后的變化顯示出來(lái)或打印出來(lái)。二，本實(shí)驗(yàn)用到的一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：typedef struct NODEchar name;/名稱(chēng)float start;/起始位置float end;/大小int flag;/是否分配的標(biāo)志NODE;NODE OSCOUNT;/數(shù)組三，流程圖開(kāi)始初始化提出請(qǐng)求找到合適大小釋放是否正確結(jié)束進(jìn)行分配申請(qǐng)釋放是

6、否修改標(biāo)志位是否四，源代碼#include <stdio.h>#include<math.h>#define COUNT 512typedef struct NODEchar name;/名稱(chēng)float start;/起始位置float end;/大小int flag;/是否分配的標(biāo)志NODE;NODE OSCOUNT;/數(shù)組int count;/被分成的塊數(shù)統(tǒng)計(jì)int applyfree;float numb;char c;/先對(duì)數(shù)組進(jìn)行初始化，使沒(méi)有分配的名稱(chēng)為 Pvoid init()count=1;OS0.name ='P'OS0.start =

7、0;OS0.end =COUNT;OS0.flag =1;/對(duì)數(shù)組的插入操作void insert(int m,float st,float en)int i;count+;for(i=count;i>m+1;i-)OSi=OSi-1;OSm.start =st;OSm.end =en;/移動(dòng)操作，即對(duì)數(shù)組的刪除操作void move(int m)int i;for(i=m;i<count-1;i+)OSi=OSi+1;count-;/如果相鄰塊都沒(méi)有分配，則要合并到一起void rremove(int m,float st,float en)if(!OSm-1.flag &

8、;&!OSm+1.flag )OS ='P'OSm.flag =1;if(OSm-1.flag )OSm-1.end =OSm-1.end +en;move(m);if(OSm+1.flag )OSm.end =OSm.end +OSm+1.end ;OS ='P'OSm.flag =1;move(m+1);/打印輸出void show()int i;printf("名稱(chēng)標(biāo)識(shí)起址長(zhǎng)度狀態(tài)n");for(i=0;i<count;i+)if(OSi.flag )printf("P");el

9、seprintf("%c",OS );printf("%d%1.0f%1.0f",i,OSi.start ,OSi.end );if(OSi.flag )printf("未分配n");elseprintf("已分配n");/從鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)void putin()printf("請(qǐng)輸入申請(qǐng)或者釋放的進(jìn)程名稱(chēng)及資源數(shù)量：n");rewind(stdin);scanf("%c",&c);scanf("%d",&applyfree);s

10、canf("%f",&numb);int apply()int i=0;int applyflag=0;int freeflag=0;if(applyfree)/提出申請(qǐng)資源while(!applyflag&&i<count)if(OSi.end >=numb&&OSi.flag )if(OSi.end =numb)OS =c;OSi.flag =0;elseinsert(i+1,OSi.start +numb,OSi.end -numb);OSi+1.flag =1;OSi+1.name ='P

11、9;OSi.start =OSi.start ;OS =c;OSi.end =numb;OSi.flag =0;applyflag=1;i+;if(applyflag)printf("申請(qǐng)成功！n");return 1;elseprintf("申請(qǐng)失??！沒(méi)有足夠大的空閑空間。n");return 0;else/提出釋放資源while(!freeflag&&i<count)if(OS =c)if(OSi.end =numb)rremove(i,OSi.start ,OSi.end );elseif(OSi.en

12、d >numb)insert(i+1,OSi.start +numb,OSi.end -numb);OSi+1.name ='P'OSi+1.flag =0;OSi.end =numb;OSi.flag =1;if(OSi-1.flag )rremove(i,OSi.start ,OSi.end );elseprintf("釋放失敗，因?yàn)檎褂玫臄?shù)量小于要求釋放的數(shù)量。n");return 0;freeflag=1;i+;if(freeflag)printf("釋放成功！n");return 1;elseprintf("釋

13、放失?。∥凑业狡ヅ涞倪M(jìn)程名稱(chēng)。n");return 0;void main()init();show();while(1)putin();apply();show();五，執(zhí)行結(jié)果空閑區(qū)說(shuō)明表的初始狀態(tài)作業(yè)4的申請(qǐng)量以及為作業(yè)4分配后的空閑區(qū)說(shuō)明表狀態(tài)作業(yè)3和作業(yè)2的歸還量以及回收作業(yè)3，作業(yè)2所占主存后的空閑區(qū)說(shuō)明表第二題：在分頁(yè)式管理方式下采用位示圖來(lái)表示主存分配情況，實(shí)現(xiàn)主存空間的分配和回收。提示：(1) 分頁(yè)式存儲(chǔ)器把主存分成大小相等的若干塊，作業(yè)的信息也按塊的大小分頁(yè)，作業(yè)裝入主存時(shí)可把作業(yè)的信息按頁(yè)分散存放在主存的空閑塊中，為了說(shuō)明主存中哪些塊已經(jīng)被占用，哪些塊是尚未分配

14、的空閑塊，可用一張位示圖來(lái)指出。位示圖可由若干存儲(chǔ)單元來(lái)構(gòu)成，其中每一位與一個(gè)物理塊對(duì)應(yīng)，用0/1表示對(duì)應(yīng)塊為空閑/已占用。(2) 假設(shè)某系統(tǒng)的主存被分成大小相等的64塊，則位示圖可用8個(gè)字節(jié)來(lái)構(gòu)成，另用一單元記錄當(dāng)前空閑塊數(shù)。如果已有第0，1，4，5，6，9，11，13，24，31，共10個(gè)主存塊被占用了，那么位示圖情況如下：字 位 節(jié) 數(shù) 號(hào)01234567 011001110 101010100 200000000 310000001 400000000 500000000 600000000 700000000圖4-1 最先適應(yīng)分配模擬算法圖4-2 主存回收算法(3) 當(dāng)要裝入一個(gè)作業(yè)

15、時(shí)，根據(jù)作業(yè)對(duì)主存的需要量，先查當(dāng)前空閑塊數(shù)是否能滿(mǎn)足作業(yè)要求，若不能滿(mǎn)足則輸出分配不成功。若能滿(mǎn)足，則查位示圖，找出為“0”的一些位，置上占用標(biāo)志“1”，從“當(dāng)前空閑塊數(shù)”中減去本次占用塊數(shù)。按找到的計(jì)算出對(duì)應(yīng)的塊號(hào)，其計(jì)算公式為： 塊號(hào)= j´8+i其中，j表示找到的是第n個(gè)字節(jié)，I表示對(duì)應(yīng)的是第n位。根據(jù)分配給作業(yè)的塊號(hào)，為作業(yè)建立一張頁(yè)表，頁(yè)表格式：頁(yè) 號(hào)塊 號(hào)012MM(4) 當(dāng)一個(gè)作業(yè)執(zhí)行結(jié)束，歸還主存時(shí)，根據(jù)該作業(yè)的頁(yè)表可以知道應(yīng)歸還的塊號(hào)，由塊號(hào)可計(jì)算出在位示圖中的對(duì)應(yīng)位置，把對(duì)應(yīng)位的占用標(biāo)志清成“0”，表示對(duì)應(yīng)的塊已成為空閑塊。歸還的塊數(shù)加入到當(dāng)前空閑塊數(shù)中。由塊號(hào)

16、計(jì)算在位示圖中的位置的公式如下：字節(jié)號(hào) j=塊號(hào)/8 （ 表示取整）位數(shù) i=塊號(hào)/8 （ 表示取余）(5) 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)主存分配和回收的程序。假定位示圖的初始狀態(tài)如（2）所述，現(xiàn)有一信息量為5頁(yè)的作業(yè)要裝入，運(yùn)行你所設(shè)計(jì)的分配程序，為作業(yè)分配主存且建立頁(yè)表（格式如（3）所述）。然后假定有另一作業(yè)執(zhí)行結(jié)束，它占用的塊號(hào)為第4，5，6和31塊，運(yùn)行你所設(shè)計(jì)的回收程序，收回作業(yè)歸還的主存塊。要求能顯示和打印分配或回收前后的位示圖和當(dāng)前空閑塊數(shù)，對(duì)完成一次分配后還要顯示或打印為作業(yè)建立的頁(yè)表。二，源代碼#include<stdio.h>#define N 64 /物理塊數(shù)#define M

17、100000 /最多輸入文件數(shù)struct file /文件結(jié)構(gòu)體，包含文件號(hào)，文件頁(yè)長(zhǎng)，頁(yè)號(hào)，幾頁(yè)號(hào)對(duì)應(yīng)的塊號(hào)int filenum;int yechang;int yenum;int kuainum;struct file flN; /文件結(jié)構(gòu)體數(shù)組void put(int a88) /輸出位示圖int i,j;for(i=0;i<8;i+)for(j=0;j<8;j+)printf("t%d",aij);printf("n");void huishou(int a88,int b) /回收規(guī)定的頁(yè)面int c4=4,5,6,31;int

18、 i,j,k,empty;int h4;for(k=0;k<4;k+)hk=ck;i=ck/8;j=ck%8;aij=0;printf("n需要回收的頁(yè)號(hào)和塊號(hào)分別為:n");printf("頁(yè)號(hào)t塊號(hào)n");for(k=0;k<4;k+)printf("%dt%dn",k,hk);printf("回收后的頁(yè)表位示圖為:n");put(a);empty=0;for(i=0;i<8;i+)for(j=0;j<8;j+)if(aij=1)empty+=1; empty=64-empty;prin

19、tf("剩余的塊數(shù):%dn",empty);void shixian(int a88,int b) /實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)空間的分配與回收int i,j,k,x,y,m,empty,full,fileshu,kuainum,hN,gNN;int cishu=0,hang=0,lie=0,filenum=0,wenjianshu=0;int pM=-1;int jian=0; empty=b;beg:printf("請(qǐng)輸入需要裝入的文件的頁(yè)數(shù):");scanf("%d",&m);printf("n");cishu=0;i

20、f(empty<m)printf("需要裝入的頁(yè)數(shù)大于頁(yè)表中的空閑頁(yè)數(shù)，分配失敗n");else wenjianshu+=1; for(i=1;i<=wenjianshu;i+) if(fli.yechang=0) filenum=i; else filenum+=1; hfilenum=m; flfilenum.filenum=filenum; for(i=0;i<m;i+) flfilenum.yenum=i; for(i=0;i<8;i+) for(j=0;j<8;j+) if(aij=0) aij=1; kuainum=i*8+j; c

21、ishu+=1; flfilenum.yenum=cishu; flfilenum.kuainum=kuainum; gfilenumcishu=kuainum; if(cishu>=m) break; if(cishu>=m) break; flfilenum.yechang=m; printf("文件號(hào):%dt文件頁(yè)長(zhǎng):%dn",flfilenum.filenum, flfilenum.yechang); printf("頁(yè)號(hào)t塊號(hào)n"); for(i=0;i<m;i+) printf("%dt",flfilen

22、um.yenum-m+i); printf("%dn",gfilenumi+1); full=0; for(i=0;i<8;i+) for(j=0;j<8;j+) if(aij=1) full+=1; empty=64-full; printf("剩余的塊數(shù):%dn",empty); printf("分配后的頁(yè)表位示圖為:n"); put(a); printf("繼續(xù)裝入文件請(qǐng)輸入1，回收頁(yè)面請(qǐng)輸入2，輸入其他鍵結(jié)束:"); scanf("%d",&y); if(y=1) g

23、oto beg; else if(y=2) goto aeg; else goto end;aeg:printf("請(qǐng)輸入需要回收的文件號(hào)大于0且不在下列數(shù)集中的數(shù)-t");for(i=1;i<=jian;i+)if(pjian!=-1)printf("%dt",pjian);printf("n輸入的需要回收的頁(yè)數(shù)為:");scanf("%d",&fileshu);if(wenjianshu<fileshu) printf("你輸入的文件號(hào)不存在!n");if(fileshu<=0)