存储管理动态分区分配及回收算法
一、 实验目的
分区管理是应用较广泛的一种存储管理技术。本实验要求用一种结构化高级语言构造分区描述器，编制动态分区匹配算法和回收算法模拟程序，并讨论不同算法的特点。
二、 实验内容
1.编写:First Fit Algorithm
2.编写:Best Fit Algorithm
3.编写 :空闲区回收算法
三，提示和说明
（一）主程序
1、定义分区描述器node，包括 3个元素：
（1）adr——分区首地址
（2）size——分区大小
（3）next——指向下一个分区的指针
2、定义 3个指向node结构的指针变量：
（1）head1——空闲区队列首指针
（2）back1——指向释放区node结构的指针
（3）assign——指向申请的内存分区node结构的指针
3、定义 1个整形变量：
free——用户申请存储区的大小（由用户键入）
（二）过程
1、定义check过程，用于检查指定的释放块（由用户键入）的合法性
2、定义assignment1过程，实现First Fit Algorithm
3、定义assignment2过程，实现Best Fit Algorithm
4、定义acceptment1过程，实现First Fit Algorithm的回收算法
5、定义acceptment2过程，实现Best Fit Algorithm的回收算法
6、定义print过程，打印空闲区队列
（三）执行
程序首先申请一整块空闲区，其首址为0，大小为32767；然后，提示用户使用哪种分配算法，再提示是分配还是回收；分配时要求输入申请区的大小，回收时要求输入释放区的首址和大小。
（四）输出
要求每执行一次，输出一次空闲区队列情况，内容包括：
编号 首址 终址 大小
三、实验过程
1.准备
A． 查阅相关资料；
B． 初步编写程序；
C． 准备测试数据；
2、主要流程和源代码#include<iostream>
#include<stdlib.h>
using namespace std;
#define Free 0 //空闲状态
#define Busy 1 //已用状态
#define OK 1 //完成
#define ERROR 0 //出错
#define MAX_length 32767 //最大内存空间为32767KB
typedef int Status;
int n = 0;
typedef struct freearea//定义一个空闲区说明表结构
{
int ID; //分区号
long size; //分区大小
long address; //分区地址
int state; //状态
}ElemType;
//线性表的双向链表存储结构
typedef struct DuLNode //double linked list
{
ElemType data;
struct DuLNode *prior; //前趋指针
struct DuLNode *next; //后继指针
}DuLNode, *DuLinkList;
DuLinkList block_first; //头结点
DuLinkList block_last; //尾结点
Status alloc(int);//内存分配
Status free(int); //内存回收
Status First_fit(int, int);//首次适应算法
Status Best_fit(int, int); //最佳适应算法
void show();//查看分配
Status Initblock();//开创空间表
Status Initblock()//开创带头结点的内存空间链表
{
block_first = (DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode));
block_last = (DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode));
block_first->prior = NULL;
block_first->next = block_last;
block_last->prior = block_first;
block_last->next = NULL;
block_last->data.address = 0;
block_last->data.size = MAX_length;
block_last->data.ID = 0;
block_last->data.state = Free;
return OK;
}
//分配主存
Status alloc(int ch)
{
int ID, request;
cout << "请输入作业(分区号)：";
cin >> ID;
cout << "请输入需要分配的主存大小(单位:KB)：";
cin >> request;
if (request<0 || request == 0)
{
cout << "分配大小不合适，请重试!" << endl;
return ERROR;
}
if (ch == 2) //选择最佳适应算法
{
if (Best_fit(ID, request) == OK) cout << "分配成功!" << endl;
else cout << "内存不足，分配失败!" << endl;
return OK;
}
else //默认首次适应算法
{
if (First_fit(ID, request) == OK) cout << "分配成功!" << endl;
else cout << "内存不足，分配失败!" << endl;
return OK;
}
}
//首次适应算法
Status First_fit(int ID, int request)//传入作业名及申请量
{
//为申请作业开辟新空间且初始化
DuLinkList temp = (DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode));
temp->data.ID = ID;
temp->data.size = request;
temp->data.state = Busy;
DuLNode *p = block_first->next;
while (p)
{
if (p->data.state == Free && p->data.size == request)
{//有大小恰好合适的空闲块
p->data.state = Busy;
p->data.ID = ID;
return OK;
break;
}
if (p->data.state == Free && p->data.size>request)
{//有空闲块能满足需求且有剩余"
temp->prior = p->prior;
temp->next = p;
temp->data.address = p->data.address;
p->prior->next = temp;
p->prior = temp;
p->data.address = temp->data.address + temp->data.size;
p->data.size -= request;
return OK;
break;
}
p = p->next;
}
return ERROR;
}
//最佳适应算法
Status Best_fit(int ID, int request)
{
int ch; //记录最小剩余空间
DuLinkList temp = (DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode));
temp->data.ID = ID;
temp->data.size = request;
temp->data.state = Busy;
DuLNode *p = block_first->next;
DuLNode *q = NULL; //记录最佳插入位置
while (p) //初始化最小空间和最佳位置
{
if (p->data.state == Free &&
(p->data.size>request || p->data.size == request))
{
q = p;
ch = p->data.size - request;
break;
}
p = p->next;
}
while (p)
{
if (p->data.state == Free && p->data.size == request)
{//空闲块大小恰好合适
p->data.ID = ID;
p->data.state = Busy;
return OK;
break;
}
if (p->data.state == Free && p->data.size>request)
{//空闲块大于分配需求
if (p->data.size - request<ch)//剩余空间比初值还小
{
ch = p->data.size - request;//更新剩余最小值
q = p;//更新最佳位置指向
}
}
p = p->next;
}
if (q == NULL) return ERROR;//没有找到空闲块
else
{//找到了最佳位置并实现分配
temp->prior = q->prior;
temp->next = q;
temp->data.address = q->data.address;
q->prior->next = temp;
q->prior = temp;
q->data.address += request;
q->data.size = ch;
return OK;
}
}
//主存回收
Status free(int ID)
{
DuLNode *p = block_first;
while (p)
{
if (p->data.ID == ID)
{
p->data.state = Free;
p->data.ID = Free;
if (p->prior->data.state == Free)//与前面的空闲块相连
{
p->prior->data.size += p->data.size;
p->prior->next = p->next;
p->next->prior = p->prior;
}
if (p->next->data.state == Free)//与后面的空闲块相连
{
p->data.size += p->next->data.size;
p->next->next->prior = p;
p->next = p->next->next;
}
break;
}
p = p->next;
}
return OK;
}
// 显示主存分配情况
void show()
{
cout << "***********-----------------************" << endl;
cout << "**** 主 存 分 配 情 况 ****" << endl;
cout << "***********-----------------************" << endl;
DuLNode *p = block_first->next;
while (p)
{
cout << "分 区 号：";
if (p->data.ID == Free) cout << "Free" << endl;
else cout << p->data.ID << endl;
cout << "起始地址：" << p->data.address << endl;
cout << "分区大小：" << p->data.size << " KB" << endl;
cout << "状 态：";
if (p->data.state == Free) cout << "空 闲" << endl;
else cout << "已分配!" << endl;
cout << "-----------------------" << endl;
p = p->next;
}
}
//主函数
int main()
{
int ch, d = 0;//算法选择标记
cout << "1.首次适应算法 2.最佳适应算法 0.退出" << endl;
cout << "请选择分配算法：";
cin >> ch;
if (ch == 0 || ch == 1 || ch == 2) d++;
while (d == 0)
{
cout << "请选择正确的数字0 ,1 或2" << endl;
cin >> ch;
if (ch == 0 || ch == 1 || ch == 2) d++;
}
if (ch == 0) exit(0);
if (n == 0) Initblock(); //开创空间表
int choice; //操作选择标记
while (1)
{
cout << "********************************************" << endl;
cout << "** 1: 分配内存 2: 回收内存 **" << endl;
cout << "** 3: 查看分配 0: 返 回 **" << endl;
cout << "********************************************" << endl;
cout << "请输入您的操作 ：";
cin >> choice;
if (choice == 1)
{
alloc(ch); // 分配内存
n++;
}
else if (choice == 2) // 内存回收
{
int ID;
cout << "请输入您要释放的分区号：";
cin >> ID;
free(ID);
n++;
}
else if (choice == 3)
{
show();//显示主存
n++;
}
else if (choice == 0)
{
main(); //退出
n++;
}
else //输入操作有误
{
cout << "输入有误，请重试!" << endl;
continue;
}
}
}
四、实验结果
3、遇到的主要问题和解决方法
主要问题是在算法的结构的理解。
4、上机调试
内存大小测试，超出内存分配，提示错误
内存合理分配成功
回收未分配区域，会直接返回
回收已分配内存，会自动程序结束。（bug）
五.实验总结
通过本次实验我掌握了对存储管理的知识，提高了在编写代码的时候产生很多问题时解决问题的能力，通过实验熟悉了最佳分配和最先分配算法，在网上也搜索了好几个算法，进行调试，与自己的程序部分进行整合，收获还是挺多的。同时提高了对C语言的理解。
