操作系统第五次实验：内存管理

0.个人信息：

姓名：张越

学号：201821121006

班级：计算1811

1.记录内存使用状况：

//每个进程分配到的内存块的描述
struct allocated_block
{
    int pid;
    int size;         //进程大小
    int start_addr;   //进程分配到的内存块的起始地址
    char process_name[PROCESS_NAME_LEN];  //进程名
    struct allocated_block *next;   //指向下一个进程控制块
};

　首先我们需要进行上述链表allocated_block进行定义，其中具体描述包括：pid(进程id)，size(进程大小)，start_addr(开始地址)，pro_name[](进程名数组)，next(next指针)。还需要一个这个链表计算机的内存块信息，头指针初始值设置为空，一旦进行内存分配了，头指针进行向下移动。

2.记录空闲分区

//描述每一个空闲块的数据结构
struct free_block_type
{
    int size;        //空闲块大小
    int start_addr;  //空闲块起始位置
    struct free_block_type *next;  //指向下一个空闲块
};

还是用链表来记录空闲分区，首先定义一个结构体free_block_type来存放空闲内存块，接着定义一个全局指针变量free_block来指向链表的头结点。当内存空间进行了初始化之后，所有的内存分区都是空闲分区。

3. 内存分配算法

首次适应算法：

//按照首次适应算法给新进程分配内存空间
int allocate_FF(struct allocated_block *ab)
{
    int ret;
    struct free_block_type *pre= NULL,*ff= free_block;
    if(ff== NULL)
        return -1;
    while(ff!= NULL)
    {
        if(ff->size>= ab->size)
        {
            ret= allocate(pre,ff,ab);
            break;
        }
        pre= ff;
        pre= pre->next;
    }
    if(ff== NULL&&current_free_mem_size> ab->size)
        ret= mem_retrench(ab);
    else
        ret= -2;
    rearrange_FF();
    return ret;
}

　　原理：该算法从空闲分区链首开始查找，直至找到一个能满足其大小要求的空闲分区为止。然后再按照作业的大小，从该分区中划出一块内存分配给请求者，余下的空闲分区仍留在空闲分区链中。

特点：该算法倾向于使用内存中低地址部分的空闲区，在高地址部分的空闲区很少被利用，从而保留了高地址部分的大空闲区。显然为以后到达的大作业分配大的内存空间创造了条件。

4.内存释放算法

//释放ab数据结构结点
int dispose(struct allocated_block *free_ab)
{
    struct allocated_block *pre,*ab;
    if(free_block== NULL)
        return -1;
    if(free_ab== allocated_block_head)   //如果要释放第一个结点
    {
        allocated_block_head= allocated_block_head->next;
        free(free_ab);
    }
    else
    {
        pre= allocated_block_head;
        ab= allocated_block_head->next; 
        //找到free_ab
        while(ab!= free_ab)
        {
            pre= ab;
            ab= ab->next;
        }
        pre->next= ab->next;
        free(ab);
    }
    return 1;
}

//将ab所表示的已分配区归还，并进行可能的合并
int free_mem(struct allocated_block *ab)
{
    int algorithm= ma_algorithm;
    struct free_block_type *fbt,*pre,*work;
    fbt= (struct free_block_type*)malloc(sizeof(struct free_block_type));
    if(!fbt)
        return -1;
    pre= free_block;
    fbt->start_addr= ab->start_addr;
    fbt->size= ab->size;
    fbt->next= NULL;
    if(pre!= NULL)
    {
        while(pre->next!= NULL)
            pre= pre->next;
        pre->next= fbt;
    }
    else
    {
        free_block= fbt;
    }
    rearrange_FF();
    pre= free_block;
    work= pre->next;
    while(work!= NULL)
    {
        if(pre->start_addr+ pre->size== work->start_addr)
        {
            pre->size+= work->size;
            free(work);
            work= pre->next;
        }
        else
        {
            pre= work;
            work= work->next;
        }
    }
    current_free_mem_size+= ab->size;
    return 1;
}

//删除进程，归还分配的存储空间，并删除描述该进程内存分配的结点
void kill_process()
{
    struct allocated_block *ab;
    int pid;
    printf("Kill Process,pid=");
    scanf("%d",&pid);
    getchar();
    ab= find_process(pid);
    if(ab!= NULL)
    {
        free_mem(ab);  //释放ab所表示的分配区
        dispose(ab);   //释放ab数据结构结点
    }
}

　　关于内存释放分为三个步骤：首先是释放ab结点，接着将ab所表示的已分配区归还，并进行可能的合并，最后删除进程，归还分配的存储空间，并删除描述该进程内存分配的结点。

5.运行结果：

测试代码：
int main(int argc, char const *argv[]){
    int p1,p2;
    int total=0; //统计分配内存的次数
    free_block = init_free_block(mem_size); //初始化空闲区域
    Prc prc[PROCESS_NUM];
    init_program(prc,PROCESS_NUM);//初始化进程
    srand( (unsigned)time( NULL ) );
    for(int i=0;i<DATA_NUM;++i){
        p1=rand()%2;
        int count=0;
        for(int j=0;j<PROCESS_NUM;++j){
            if(prc[j].pid!=-1)
                count++;
        }
        if((count==PROCESS_NUM && p1==0)||total==10){
            p1=1;
        }
        if(count==0 && p1==1){
            p1=0;
        }
        if(p1==0){
            do{
                p2=rand()%PROCESS_NUM;
            }while(prc[p2].pid!=-1);
            alloc_process(prc[p2]);
            prc[p2].pid=pid;
            total++;
            display_mem_usage();//输出内存使用情况
        }
        else
        {
            do{
                p2=rand()%PROCESS_NUM;
            }while(prc[p2].pid==-1);
            kill_process(prc[p2].pid);
            prc[p2].pid=-1;
            display_mem_usage();
        }
    }
}