實驗三 動態(tài)分區(qū)存儲管理方式的主

實驗三動態(tài)分區(qū)存儲管理方式的主存分配回收一、實驗?zāi)康纳钊肓私鈩討B(tài)分區(qū)存儲管理方式主存分配回收的實現(xiàn)。二、實驗預(yù)備知識存儲管理中動態(tài)分區(qū)的管理方式。三、實驗內(nèi)容編寫程序完成動態(tài)分區(qū)存儲管理方式的主存分配回收的實現(xiàn)。實驗具體包括：首先確定主存空間分配表；然后采用最優(yōu)適應(yīng)算法完成主存空間的分配和回收；最后編寫主函數(shù)對所做工作進行測試。四、提示與講解動態(tài)分區(qū)管理方式預(yù)先不將主存劃分成幾個區(qū)域，而把主存除操作系統(tǒng)占用區(qū)域外的空間看作一個大的空閑區(qū)。當作業(yè)要求裝入主存時，根據(jù)作業(yè)需要主存空間的大小查詢主存內(nèi)各個空閑區(qū)，當從主存空間中找到一個大于或等于該作業(yè)大小的主存空閑區(qū)時，選擇其中一個空閑區(qū)，按作業(yè)需求量劃出一個分區(qū)裝入該作業(yè)。作業(yè)執(zhí)行完后，它所占的主存分區(qū)被收回，成為一個空閑區(qū)。如果該空閑區(qū)的相鄰分區(qū)也是空閑區(qū)，則需要將相鄰空閑區(qū)合并成一個空閑區(qū)。實現(xiàn)動態(tài)分區(qū)的分配和回收，主要考慮的問題有三個：第一，設(shè)計記錄主存使用情況的數(shù)據(jù)表格，用來記錄空閑區(qū)和作業(yè)占用的區(qū)域；第二，在設(shè)計的數(shù)據(jù)表格基礎(chǔ)上設(shè)計主存分配算法；第三，在設(shè)計的數(shù)據(jù)表格基礎(chǔ)上設(shè)計主存回收算法。首先，考慮第一個問題：設(shè)計記錄主存使用情況的數(shù)據(jù)表格，用來記錄空閑區(qū)和作業(yè)占用的區(qū)域。由于動態(tài)分區(qū)的大小是由作業(yè)需求量決定的，故分區(qū)的長度是預(yù)先不固定的，且分區(qū)的個數(shù)也隨主存分配和回收變動?？傊?，所有分區(qū)情況隨時可能發(fā)生變化，數(shù)據(jù)表格的設(shè)計必須和這個特點相適應(yīng)。由于分區(qū)長度不同，因此設(shè)計的表格應(yīng)該包括分區(qū)在主存中的起始地址和長度。由于分配時空閑區(qū)有時會變成兩個分區(qū)：空閑區(qū)和已分分區(qū)，回收主存分區(qū)時，可能會合并空閑分區(qū)，這樣如果整個主存采用一張表格記錄已分分區(qū)和空閑區(qū)，就會使表格操作繁瑣。主存分配時查找空閑區(qū)進行分配，然后填寫已分配區(qū)表，主要操作在空閑區(qū)；某個作業(yè)執(zhí)行完后，將該分區(qū)變成空閑區(qū)，并將其與相鄰的空閑區(qū)合并，主要操作也在空閑區(qū)。由此可見，主存的分配和回收主要是對空閑區(qū)的操作。這樣為了便于對主存空間的分配和回收，就建立兩張分區(qū)表記錄主存使用情況，一張表格記錄作業(yè)占用分區(qū)的“已分配區(qū)表”；一張是記錄空閑區(qū)的“空閑區(qū)表”。這兩張表的實現(xiàn)方法一般有兩種，一種是鏈表形式，一種是順序表形式。在實驗中，采用順序表形式，用數(shù)組模擬。由于順序表的長度必須提前固定，所以無論是“已分配區(qū)表”還是“空閑區(qū)表”都必須事先確定長度。它們的長度必須是系統(tǒng)可能的最大項數(shù)，系統(tǒng)運行過程中才不會出錯，因而在多數(shù)情況下，無論是“已分配區(qū)表”還是“空閑區(qū)表”都有空閑欄目。已分配區(qū)表中除了分區(qū)起始地址、長度外，也至少還要有一項“標志”，如果是空閑欄目，內(nèi)容為“空”，如果為某個作業(yè)占用分區(qū)的登記項，內(nèi)容為該作業(yè)的作業(yè)名；空閑區(qū)表中除了分區(qū)起始地址、長度外，也要有一項“標志”，如果是空閑欄目，內(nèi)容為“空”，如果為某個空閑區(qū)的登記項，內(nèi)容為“未分配”。在實際系統(tǒng)中，這兩表格的內(nèi)容可能還要多，實驗中僅僅使用上述必須的數(shù)據(jù)。為此,“已分配區(qū)表”和“空閑區(qū)表”在實驗中有如下的結(jié)構(gòu)定義。已分配區(qū)表的定義：#definen10//假定系統(tǒng)允許的最大作業(yè)數(shù)量為nstruct{floataddress;//已分分區(qū)起始地址floatlength;//已分分區(qū)長度，單位為字節(jié)intflag;//已分配區(qū)表登記欄標志，“0〃表示空欄目，實驗中只支持一個字符的作業(yè)名｝used_table[n];〃已分配區(qū)表空閑區(qū)表的定義：#definem10//假定系統(tǒng)允許的空閑區(qū)表最大為mstruct｛floataddress;//空閑區(qū)起始地址floatlength;//空閑區(qū)長度，單位為字節(jié)intflag;//空閑區(qū)表登記欄標志，用“0”表示空欄目，用“1”表示未分配｝free_table[m];〃空閑區(qū)表其中分區(qū)起始地址和長度數(shù)值太大，超出了整型表達范圍，所以采用了float類型。然后，就要考慮如何在設(shè)計的數(shù)據(jù)表格上進行主存的分配。當要裝入一個作業(yè)時，從空閑區(qū)表中查找標志為“未分配”的空閑區(qū)，從中找出一個能容納該作業(yè)的空閑區(qū)。如果找到的空閑區(qū)正好等于該作業(yè)的長度，則把該分區(qū)全部分配給作業(yè)。這時應(yīng)該把該空閑區(qū)登記欄中的標志改為“空”，同時在已分配區(qū)表中找到一個標志為“空”的欄目登記新裝入作業(yè)所占用分區(qū)的起始地址、長度和作業(yè)名。如果找到的空閑區(qū)大于作業(yè)長度，則把空閑區(qū)分成兩部分，一部分用來裝入作業(yè)，另外一部分仍為空閑區(qū)。這時只要修改原空閑區(qū)的長度，且把新裝入的作業(yè)登記到已分配區(qū)表中。實驗中主存分配算法采用“最優(yōu)適應(yīng)”算法。最優(yōu)適應(yīng)算法是按作業(yè)要求挑選一個能滿足作業(yè)要求的最小空閑區(qū)，這樣保證可以不去分割一個大的區(qū)域，使裝入大作業(yè)時比較容易得到滿足。但是最優(yōu)適應(yīng)算法容易出現(xiàn)找到的一個分區(qū)可能只比作業(yè)所要求的長度略大一點的情況，這時，空閑區(qū)分割后剩下的空閑區(qū)就很小，這種很小的空閑區(qū)往往無法使用，影響了主存的使用。為了一定程度上解決這個問題，如果空閑區(qū)的大小比作業(yè)要求的長度略大一點，不再將空閑區(qū)分成已分分區(qū)和空閑區(qū)兩部分，而是將整個空閑區(qū)分配給作業(yè)。在實現(xiàn)最優(yōu)適應(yīng)算法時，可把空閑區(qū)按長度以遞增方式登記在空閑區(qū)表中。分配時順序查找空閑表，查找到的第一個空閑區(qū)就是滿足作業(yè)要求的最小分區(qū)。這樣查找速度快，但是為使空閑區(qū)按長度以遞增順序登記在空閑表中，就必須在分配回收時進行空閑區(qū)表的調(diào)整?？臻e區(qū)表調(diào)整時移動表目的代價要高于查詢整張表的代價，所以實驗中不采用空閑區(qū)有序登記在空閑表中的方法。動態(tài)分區(qū)方式的主存分配流程如圖4所示。作業(yè)J申請xk大小的主存空間i=0;k=-1;i是空閑區(qū)表中一欄（i＜二m）?YN第i欄標志為“未分配”且滿足作業(yè)需求xk？N是否找到滿足需求的分區(qū)k？N主存分配失敗結(jié)束YY第k欄xx-作業(yè)需求Sminsize?N第i欄空閑區(qū)為第一個滿足需求的或第i欄空閑區(qū)xx小于第k欄空閑區(qū)xx?N分配整個分區(qū)：第k欄狀態(tài)為“空”ad=第k欄起始地址；xk二第k欄xx;Yi=O切割空閑區(qū)：第k欄xx減去xk；ad=第k欄起始地址-第k欄xx；k=ii=i+1第i欄是已分配區(qū)表中一欄且第i欄狀態(tài)不為空？i=i+1YNY第i欄是為已分分配表中一欄？YN填寫已分配區(qū)表：第j欄起始地址二ad；第j欄xx=xk；第j欄狀態(tài)二作業(yè)名J空閑區(qū)表第k欄狀態(tài)為空？N空閑區(qū)表狀態(tài)未分配空閑區(qū)表第k欄長度加xk已分配區(qū)表長度不足,分配失敗結(jié)束圖4動態(tài)分區(qū)最優(yōu)分配算法流程圖最后是動態(tài)分區(qū)方式下的主存回收問題。動態(tài)分區(qū)方式下回收主存空間時，應(yīng)該檢查是否有與歸還區(qū)相鄰的空閑區(qū)。若有，則應(yīng)該合并成一個空閑區(qū)。一個歸還區(qū)可能有上鄰空閑區(qū)，也可能有下鄰空閑區(qū)，或者既有上鄰空閑區(qū)又有下鄰空閑區(qū)，或者既無上鄰空閑區(qū)也無下鄰空閑區(qū)。在實現(xiàn)回收時，首先將作業(yè)歸還的區(qū)域在已分配表中找到，將該欄目的狀態(tài)變?yōu)椤翱铡?，然后檢查空閑區(qū)表中標志為“未分配”的欄目，查找是否有相鄰空閑區(qū)；最后，合并空閑區(qū)，修改空閑區(qū)表。假定作業(yè)歸還的分區(qū)起始地址為S,長度為L,貝y：（1）歸還區(qū)有下鄰空閑區(qū)如果S+L正好等于空閑區(qū)表中某個登記欄目（假定為第j欄）的起始地址，則表明歸還區(qū)有一個下鄰空閑區(qū)。這時只要修改第j欄登記項的內(nèi)容：起始地址二S；第j欄xx二第j欄xx+L；貝第j欄指示的空閑區(qū)是歸還區(qū)和下鄰空閑區(qū)合并后的大空閑區(qū)。（2） 歸還區(qū)有上鄰空閑區(qū)如果空閑區(qū)表中某個登記欄目（假定為第k欄）的“起始地址+長度〃正好等于S,則表明歸還區(qū)有一個上鄰空閑區(qū)。這時要修改第k欄登記項的內(nèi)容（起始地址不變）：第k欄xx二第k欄xx+L；于是第k欄指示的空閑區(qū)是歸還區(qū)和上鄰空閑區(qū)合并后的大空閑區(qū)。（3） 歸還區(qū)既有上鄰空閑區(qū)又有下鄰空閑區(qū)如果S+L正好等于空閑區(qū)表中某個登記欄目（假定為第j欄）的起始地址，同時還有某個登記欄目（假定為第k欄）的“起始地址+長度〃正好等于S,這表明歸還區(qū)既有一個上鄰空閑區(qū)又有一個下鄰空閑區(qū)。此時對空閑區(qū)表的修改如下：第k欄長度二第k欄長度+第j欄長度+L；（第k欄起始地址不變）第j欄狀態(tài)=“空”；（將第j欄登記項刪除）這樣，第k欄指示的空閑區(qū)是歸還區(qū)和上、下鄰空閑區(qū)合并后的大空閑區(qū)；原來的下鄰空閑區(qū)登記項（第j欄）被刪除，置為“空〃。（4）歸還區(qū)既無上鄰空閑區(qū)又無下鄰空閑區(qū)如果在檢查空閑區(qū)表時，無上述三種情況出現(xiàn)，則表明歸還區(qū)既無上鄰空閑區(qū)又無下鄰空閑區(qū)。這時，應(yīng)該在空閑區(qū)表中查找一個狀態(tài)為“空”的欄目（假定查到的是第t欄），則第t欄的內(nèi)容修改如下：第t欄起始地址二S；第t欄xx=L；第t欄狀態(tài)=“未分配”這樣，第t欄指示的空閑區(qū)是歸還區(qū)。按上述方法歸還主存區(qū)域的流程如圖5所示。由于是實驗，沒有真正的主存要分配，所以在實驗中，首先應(yīng)建立一張空閑區(qū)表，初始狀態(tài)只有一個空閑登記項（假定的主存空閑區(qū)）和一張所有狀態(tài)都為“空〃的已分配區(qū)表，假定主存空間110KB，操作系統(tǒng)占用10KB，其余為空閑區(qū)；然后，可以選擇進行主存分配或主存回收，如果是分配，要求輸入作業(yè)名和所需主存空間大小，如果是回收，輸入回收作業(yè)的作業(yè)名，循環(huán)進行主存分配和回收后，如果需要，則顯示兩張表的內(nèi)容，以檢查主存的分配和回收是否正確。作業(yè)J歸還空間s=0s=s+1已分配區(qū)表第s欄狀態(tài)為作業(yè)J（s<=n）？NYNs為已分配區(qū)表中一欄？YS二已分配區(qū)表第Ys欄起始地址L二已分配區(qū)表第s欄xx已分配區(qū)表第s欄狀態(tài)為空未找到作業(yè)，回收失敗結(jié)束假設(shè)下鄰空閑區(qū)在第假設(shè)上鄰空閑區(qū)在第i=0j欄j=-1;k欄k=-1；i=i+1第i欄不是空閑區(qū)表中一欄或回收分區(qū)的上下鄰空閑區(qū)均找到？YNN第i欄狀態(tài)為“未分配”？YY回收分區(qū)有上鄰？N回收分區(qū)有下鄰？N回收分區(qū)有下鄰？Nt=OYYY第i欄為回收分區(qū)的上鄰？NY戸第Ni欄為回收分區(qū)的下鄰？NY第t欄是空閑表一欄？N和上鄰合并：第k欄xx=第k欄xx+L和上下鄰三項合并：第k欄xx二第k欄長度+第j欄xx+L；第j欄狀態(tài)=“空”和下鄰合并：第j欄長度二第j欄長度+L第j欄起始地址二Sj=it=t+1第t欄是空閑表xx空欄？YN已分配區(qū)表第s欄狀態(tài)為J;空閑區(qū)表xx不足，回收失敗歸還分區(qū)填入空閑區(qū)表：第t欄起始地址二S；第t欄xx=L；第t欄狀態(tài)=“未分配”結(jié)束圖5動態(tài)分區(qū)回收流程圖五、課外題（1）編程實現(xiàn)頁式存儲管理的主存分配和回收。（2）用鏈表方式表示主存空間分配情況，完成動態(tài)分區(qū)管理方式下的主存空間分配和回收。六、參考程序#definen10//假定系統(tǒng)允許的最大作業(yè)數(shù)量為n#definem10//假定系統(tǒng)允許的空閑區(qū)表最大為m#defineminisize100struct{floataddress;//已分分區(qū)起始地址floatlength;//已分分區(qū)長度，單位為字節(jié)intflag;//已分配區(qū)表登記欄標志，用“0〃表示空欄目，實驗中只支持一個字符的作業(yè)名}used_table[n];〃已分配區(qū)表struct{floataddress;//空閑區(qū)起始地址floatlength;//空閑區(qū)長度，單位為字節(jié)intflag;//空閑區(qū)表登記欄標志，用“0〃表示空欄目，用“1”表示未分配}free_table[m];〃空閑區(qū)表allocate(J,xk)〃采用最優(yōu)分配算法分配xk大小的空間charJ;floatxk;{inti,k;floatad;k=-1;for(i=0;i<m;i++)〃尋找空間大于xk的最小空閑區(qū)登記項kif(free_table[i].length>=xk&&free_table[i].flag==1)if(k==-1||free_table[i].length<free_table[k].length)k=i;訐(k==-1)〃未找到可用空閑區(qū)，返回{printf("無可用空閑區(qū)\n");return;}//找到可用空閑區(qū)，開始分配：若空閑區(qū)大小與要求分配的空間差小于minisize大小，則空閑區(qū)全部分配；若空閑區(qū)大小與要求分配的空間差大于minisize大小，則從空閑區(qū)劃出一部分分配if(free_table[k].length-xk<=minisize){free_table[k].flag=0;ad=free_table[k].address;xk=free_table[k].length;}else{free_table[k].length=free_table[k].length-xk;ad二free_table[k].address+free_table[k].length;}〃修改已分配區(qū)表i=0;while(used_table[i].flag!=O&&i<n)〃尋找空表目i++;訐(i>=n)〃無表目填寫已分分區(qū){printf("無表目填寫已分分區(qū)，錯誤\n");//xx空閑區(qū)表if(free_table[k].flag==O)〃前面找到的是整個空閑區(qū)free_table[k].flag=1;else //前面找到的是某個空閑區(qū)的一部分free_table[k].length=free_table[k].length+xk;return;}else //修改已分配區(qū)表{used_table[i].address=ad;}//主存歸還函數(shù)結(jié)束main(){inti,a;floatxk;charJ;//空閑區(qū)表初始化free_table[0].address=10240;free_table[0].length=102400;free_table[0].flag=1;for(i=1;i<m;i++)free_table[i].flag=0;//已分配區(qū)表初始化for(i=0;i<n;i++)used_table[i].flag=0;while(1){prints選擇功能項(0-退出,1-分配主存,2-回收主存,3-顯示主存)\n");printf("選擇功項(0~3):");scanf("%d",&a);switch(a){case0:exit(0);//a=0程序結(jié)束case1://a=1分配主存空間printf("輸入作業(yè)名