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  • 3.4动态分配算法

    2020-06-20 16:52:37
    1,算法思想:由于动态分区分配是一种连续分配方式,为各个进程分配的空间必须是一整片区域,因此为了保证“大进程”到来时能有连续的大片空间,可以尽可能地留下大片空闲区,优先使用更小的空闲区。 2,如何实现...

    一,首次适应算法(First Fit)

    1,算法思想:每次都从低地址部分开始查找,找到第一个能满足大小的空闲分区

     

    2,如何实现:空闲分区一地址递增的次序排列,每次分配内存时顺序查找空闲分区表,找到大小能满足要求的第一个空闲分区

     

     

    二,最佳适应算法(Best Fit)

    1,算法思想:由于动态分区分配是一种连续分配方式,为各个进程分配的空间必须是一整片区域,因此为了保证“大进程”到来时能有连续的大片空间,可以尽可能地留下大片空闲区,优先使用更小的空闲区。

     

    2,如何实现:空闲区按容量递增次序连接,每次分配内存时顺序查找空闲分区链,找到大小能满足要求的第一空闲分区。

     

    3,缺点:每次都选最小的分区进行分配,会留下越来越多,很小的,难以利用的内存块。因此这种方法会产生很多外部碎片

     

    三,最坏适应算法(Worst Fit)

    1,算法思想:为了解决最佳适应算法的问题——留下太多难以利用的小碎片,可以在每次分配时优先使用最大的连续空闲区,这样分配后剩余的空闲区就不会太小,更方便使用

     

    2,如何实现:空闲区按容量递减的次序连接,每次分配内存时顺序查找空闲区,找到第一个可以满足要求的空闲分区。

     

    3,缺点:每次都选最大的分区进行分配,虽然可以让分配后留下的空闲区更大,更可用,但是这种方式会导致较大的连续空闲区被迅速用完。如果之后有“大进程”到达,就没有内存可用了

     

    四,邻近适应算法(Next Fit)

    1,算法思想:首次适应算法每次都从链头开始查找,这可能会导致低地址部分出现很多很小的空闲分区,二每次分配查找时,都要经过这些分区,因此也增加了查找的开销。如果每次都从上次查找结束的位置开始检索,就能解决上述问题。

     

    2,如何实现:空闲分区已地址递增的顺序排列(可以排列成一个循环链表)每次分配内存时从上次查找结束的位置开始查找空闲分区链,找到大小能满足要求的第一个空闲分区

     

    3,缺点:可能会导致高地址部分的大分区更可能被使用,划分为小分区,最后导致无大分区可用

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    操作系统——动态分配

    写的时间早了,有些许漏洞和不足,请大家不要介意

    分配方式可分为四类:单一连续分配、固定分区分配、动态分区分配以及动态可重定位分区分配算法四种方式,其中动态分区分配算法就是此实验的实验对象。动态分区分配又称为可变分区分配,它是根据进程的实际需要,动态地为之分配内存空间。在实现动态分区分配时,将涉及到分区分配中所用的数据结构、分区分配算法和分区的分配与回收操作这样三方面的问题。动态分区分配又称为可变分区分配,它是根据进程的实际需要,动态地为之分配内存空间。在实现动态分区分配时,将涉及到分区分配中所用的数据结构、分区分配算法和分区的分配与回收操作这样三方面的问题。

    大体流程图

    算法实现原理

    定义的结构体:

    struct Partition
    {
    	Partition* Back;//指向上一个分区 
    	int Id;//分区号 
    	int Size;//分区大小 
    	int State;// 分区状态 0空闲 1占用 
    	int Start_Address;//起始地址 
    	int End_Address;//末尾地址 
    	Partition* Next;//指向下一个分区 
    };

    首次适应算法:

        空闲分区以地址递增的次序排列。每次分配内存时顺序查找空闲分区链(或空闲分区表),找到大小能满足要求的第一个空闲分区。

    void First_Fit(Partition* Partition_Table_Head, int Size)  //首次适应算法 
    {
    	int x = 1;
    	Partition* p=NULL, * q=NULL;//定义两个指针
    	p = Partition_Table_Head->Next;//将第一个数据节点赋给p
    	while (p)
    	{
    		if (p->Size >= Size && p->State == 0) break;
    
    		p = p->Next;
    	}
        //利用循环找到一个空闲的块,且其空间大小要大于等于要申请的空间
    	if (p->Size == Size)  p->State = 1;//若大小恰好合适,只需需改其状态即可
    
    	else
    	{
    		q = (Partition*)malloc(sizeof(Partition));
    		(p->Back)->Next = q;
    		p->Size = p->Size - Size;
    		q->Back = p->Back;
    		q->Size = Size;
    		q->Start_Address = p->Start_Address;
    		q->End_Address = p->End_Address - p->Size;
    		q->State = 1;
    		q->Next = p;
    		p->Back = q;
    		p->Start_Address = q->End_Address + 1;
    	}
        //若大于,则新建一个块,填写其数据,并修改当前块数据,加到其之前
    	p = Partition_Table_Head->Next;
    	while (p)
    	{
    		p->Id = x;
    		x++;
    		p = p->Next;
    	}//x重新给所有分区编号
    
    }

     最佳适应算法:

       空闲分区按容量递增次序链接。每次分配内存时顺序查找空闲分区链(或空闲分区表),找到大小能满足要求的第一个空闲分区。

    void Best_Fit(Partition* Partition_Table_Head, int Size) //最佳适应算法
    {
    	int x = 1, count = 0, Remain_Size = 0;//conut用来保证第一个找到的分区可以直接用,Remain-size用来标识最好的大小
    	Partition* p = nullptr;
    	Partition* q = nullptr;//定义两个空指针
    	p = Partition_Table_Head->Next;
    	while (p)
    	{
    
    		if (p->Size >= Size && p->State == 0)//找到一个空闲区,其大小大于等于要申请的大小
    		{
    			if (count == 0) //若是第一个找到的合适分区,则直接赋给q,并计算Remian_size
    			{
    				Remain_Size = p->Size - Size;
    				q = p;
    				count++;
    			}
    			else if (count != 0 && p->Size - Size < Remain_Size)若非第一个找到的合适分区,则比较Remain_size,选择小的重新赋给q
    			{
    				Remain_Size = p->Size - Size;
    				q = p;
    			}
    
    		}
    
    		p = p->Next;
    	}
    //同理,利用循环找到“最佳”的那个空闲区
    	p = q;
    	if (p->Size == Size)  p->State = 1;
    
    	else
    	{
    		q = (Partition*)malloc(sizeof(Partition));
    		(p->Back)->Next = q;
    		p->Size = p->Size - Size;
    		q->Back = p->Back;
    		q->Size = Size;
    		q->Start_Address = p->Start_Address;
    		q->End_Address = p->End_Address - p->Size;
    		q->State = 1;
    		q->Next = p;
    		p->Back = q;
    		p->Start_Address = q->End_Address + 1;
    	}
    
    	p = Partition_Table_Head->Next;
    	while (p)
    	{
    		p->Id = x;
    		x++;
    		p = p->Next;
    	}
    //同理,为新的分区前写信息
    }

     最坏适应算法:

       空闲分区按容量递减次序链接。每次分配内存时顺序查找空闲分区链(或空闲分区表),找到大小能满足要求的第一个空闲分区。

    void Worst_Fit(Partition* Partition_Table_Head, int Size) //最坏适应算法
    {
    	int x = 1, count = 0, Remain_Size = 0;
    	Partition* p = nullptr;
    	Partition* q = nullptr;
    	p = Partition_Table_Head->Next;
    	while (p)
    	{
    
    		if (p->Size >= Size && p->State == 0)
    		{
    			if (count == 0)
    			{
    				Remain_Size = p->Size - Size;
    				q = p;
    				count++;
    			}
    			else if (count != 0 && p->Size - Size > Remain_Size)
    			{
    				Remain_Size = p->Size - Size;  //道理同最佳适应算法,只是在这块选择Remain_size大的
    				q = p;
    			}
    
    		}
    
    		p = p->Next;
    	}
    
    	p = q;
    	if (p->Size == Size)  p->State = 1;
    
    	else
    	{
    		q = (Partition*)malloc(sizeof(Partition));
    		(p->Back)->Next = q;
    		p->Size = p->Size - Size;
    		q->Back = p->Back;
    		q->Size = Size;
    		q->Start_Address = p->Start_Address;
    		q->End_Address = p->End_Address - p->Size;
    		q->State = 1;
    		q->Next = p;
    		p->Back = q;
    		p->Start_Address = q->End_Address + 1;
    	}
    
    	p = Partition_Table_Head->Next;
    	while (p)
    	{
    		p->Id = x;
    		x++;
    		p = p->Next;
    	}
    
    }
    

     回收:

      对回收一个分区的四种情况,进行处理

    void Recycle(Partition* Partition_Table_Head)  //回收 
    {
    
    	int x = 1, id;
    	Partition* p=NULL, * q=NULL;//定义两个空指针
    	p = Partition_Table_Head->Next;
    	cout << "请输入要回收分区的分区号 :" << endl;
    	cin >> id;
    	while (p)
    	{
    		if (p->Id >= id) break;
    
    		p = p->Next;
    	}   
    
    	p->State = 0;  //根据输入要回收的分区号,使p指向它,并修改其状态为空闲
    
    check_again:	if (p->Back != NULL && (p->Back)->State == 0) //检查上一个分区是否为空,若为空,则合并
    {
    	p->Size = p->Size + (p->Back)->Size;
    	p->Start_Address = (p->Back)->Start_Address;
    
    	if ((p->Back)->Back != NULL)	((p->Back)->Back)->Next = p;
    	else p->Back = NULL;
    
    	q = p->Back;
    	p->Back = (p->Back)->Back;
    	free(q);
    	goto check_again;  //再次检查,避免连续的空闲(虽然没可能)
    }
    
    if (p->Next != NULL && (p->Next)->State == 0) //检查下一个分区是否为空i,若为空,则合并
    {
    	p->Size = p->Size + (p->Next)->Size;
    	p->End_Address = (p->Next)->End_Address;
    	q = p->Next;
    
    	if ((p->Next)->Next != NULL) p->Next = (p->Next)->Next;
    	else p->Next = NULL;
    	free(q);
    	goto check_again; //再次检查,避免连续的空闲(虽然没可能)
    }
    
    
    p = Partition_Table_Head->Next;
    while (p)
    {
    	p->Id = x;
    	x++;
    	p = p->Next;
    }  //重新编号
    
    }

    算法效果

    初始化空白分区并显示进程目录

    跳过

    首次适应算法、

    回收

    回收8 

    最佳适应算法 

     申请大小为7的分区

    最坏适应算法

    申请大小为5的分区

     

    每种算法的优劣

    4.1首次适应算法

    优点:高址部分的大的空闲分区得到保留,为大作业的内存分配创造了条件;

    缺点:(1)每次都是优先利用低址部分的空闲分区,造成低址部分产生大量的外 部碎片

          (2)每次都是从低址部分查找,使得查找空闲分区的开销增大;

    4.2最佳适应算法

    优点:第一次找到的空闲分区是大小最接近待分配内存作业大小的;

    缺点:产生大量难以利用的外部碎片

    4.3最坏适应算法

    优点:效率高,分区查找方便;

    缺点:当小作业把大空闲分区分小了,那么,大作业就找不到合适的空闲分区。

     

     

    完整代码https://download.csdn.net/download/weixin_43887148/18829611

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    动态分配算法演示程序(银行家算法)

    一、各模块基本算法流程

    1、整个银行家算法的思路。先对用户提出的请求进行合法性检查,再进行预分配,利用安全性检查算法进行安全性检查。
    2、算法用到的主要数据结构和C语言说明。
    (1)可利用资源向量avaliable[m][n],m为资源的类型。
    (2)最大需求矩阵maxx[m][n],n为进程的数量。
    (3)已分配矩阵allocation[m][n]
    (4)需求矩阵need[m][n]
    (5)申请各类资源数量request[m]
    (6)工作向量work[m]
    (7)、finish[n]表示系统是否有足够的资源分配给进程,0为否,非0为是
    3、银行家算法(主程序)
    (1)、系统初始化。输入进程数量,资源种类,各进程已分配、还需求各资源数量,各资源可用数量等。
    (2)、输入用户的请求i,即第i个进程请求资源。
    (3)、检查用户的请求是否小于还需求的数量,条件是request[j]<need[j]。如果条件不符则提示重新输入,即不允许索取大于需求量.
    (4)、检查用户的请求是否小于系统中的可利用资源数量,条件是request[j]<avaliable[j]。如果条件不符则申请失败,阻塞该进程,重新进行进程动态资源申请。
    (5)、进行资源的预分配,语句如下:
    Allocation[j]+=request[j]
    Need[p][j]-=request[j]
    Avaliable[j]-=request[j]
    3、安全性检查算法(safeCheck())
    (1)、设置两个临时变量。Finish[i]记录进程模拟执行的结束状态,初值为0,如果可以模拟执行结束,则可设为1,也可设为其它非零值以表示执行的先后次序。Work[j]记录模拟执行中资源的回收情况,初值为available[j]的值。
    (2)、在进程中查找符合以下条件的进程。条件1:finish[i]=0条件2:need[p][j]<work[j](3)、如果查找成功则进行资源的模拟回收,语句如下:
    for (j = 0;j<m;j++)
    work[j] += allocation[i][j];
    或查找到的顺序号
    (4)、如果查找不成功,则检查所有进程的Ffinish[i]=1,如果有一个为0,则系统不为0,返回不成功

    二、流程图
    在这里插入图片描述
    三、代码
    3、代码
    (1)、初始化inint()
    #include “stdafx.h”
    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include
    using namespace std;
    int n;//进程的个数
    int m, *available, *state, *work, *request, *finish, *safe, *order, *count1;//系统的资源数
    int **maxx, **allocation, **need;//最大需求矩阵,分配矩阵,需求矩阵
    void inint() //初始化函数
    {
    int i, j, k;
    cout << “请输入此算法涉及到的资源种类:” << ‘\n’;
    cin >> m;
    cout << “请输入进程的数目:” << ‘\n’;
    cin >> n;
    available = (int *)malloc(sizeof(int)*m);
    work = (int *)malloc(sizeof(int)*m);
    state = (int *)malloc(sizeof(int)*n);
    finish = (int *)malloc(sizeof(int)*n);
    for (i = 0;i<n;i++)
    finish[i] = 0;
    safe = (int *)malloc(sizeof(int)*n);
    for (i = 0;i<n;i++)
    safe[i] = 0;
    order = (int *)malloc(sizeof(int)*n);
    request = (int *)malloc(sizeof(int)*m);
    for (i = 0;i<n;i++)
    state[i] = 0;
    count1 = (int *)malloc(sizeof(int)*n);
    cout << “请输入资源的总数目(依次输入):” << ‘\n’;
    for (i = 0;i<m;i++)
    cin >> count1[i];
    cout << “请输入资源的数目(依次输入):” << ‘\n’;
    for (i = 0;i<m;i++)
    cin >> available[i];

     maxx = (int**)malloc(sizeof(int*)*n);
     for (i = 0;i<n;i++)
      *(maxx + i) = (int *)malloc(sizeof(int)*m);
     need = (int**)malloc(sizeof(int*)*n);
     for (i = 0;i<n;i++)
      *(need + i) = (int *)malloc(sizeof(int)*m);
     allocation = (int**)malloc(sizeof(int*)*n);
     for (i = 0;i<n;i++)
      *(allocation + i) = (int *)malloc(sizeof(int)*m);
     cout << "请输入最大需求矩阵:" << '\n';
     for (i = 0;i<n;i++)
      for (j = 0;j<m;j++)
       cin >> maxx[i][j];
     cout << "请输入需求矩阵:" << '\n';
     for (i = 0;i<n;i++)
      for (j = 0;j<m;j++)
       cin >> need[i][j];
     for (i = 0;i<n;i++)
      for (j = 0;j<m;j++)
       allocation[i][j]=maxx[i][j]-need[i][j];
     }
    

    void display() //输出状态函数
    {
    int i, j;
    cout << “当前资源向量:” << ‘\n’;
    for (i = 0;i<m;i++)
    {
    cout << available[i] << ’ ';
    }
    cout << ‘\n’;
    cout<<“";
    cout << ‘\n’;
    cout << “最大需求矩阵:” << ‘\n’;
    for (i = 0;i<n;i++)
    {
    for (j = 0;j<m;j++)
    cout << maxx[i][j] << ’ ';
    cout << ‘\n’;
    }
    cout << ‘\n’;
    cout<<"
    ”;
    cout << ‘\n’;
    cout << “当前分配矩阵:” << ‘\n’;
    for (i = 0;i<n;i++)
    {
    for (j = 0;j<m;j++)
    cout << allocation[i][j] << ’ ';
    cout << ‘\n’;
    }
    cout << ‘\n’;
    cout<<“";
    cout << ‘\n’;
    cout << “当前需求矩阵:” << ‘\n’;
    for (i = 0;i<n;i++)
    {
    for (j = 0;j<m;j++)
    cout << need[i][j] << ’ ';
    cout << ‘\n’;
    }
    cout << ‘\n’;
    cout<<"
    ”;
    cout << ‘\n’;
    }
    void roolBack(int p) //回滚函数,恢复到原来状态
    {
    int j;
    for (j = 0;j<m;j++)
    {
    available[j] += request[j];
    allocation[p][j] -= request[j];
    need[p][j] += request[j];
    }
    }
    int checkSafe(int k) //安全检查函数,如果安全可形成一个安全序列
    {
    int i, j;
    int flag = 1;
    for (i = 0;i<m;i++)
    work[i] = available[i];
    for (i = 0;i<n;i++)
    {
    flag = 1;
    if (!finish[i])
    {
    for (j = 0;j<m;j++)
    {
    if (need[i][j]>work[j])
    flag = 0;
    }
    if (flag)
    {
    for (j = 0;j<m;j++)
    work[j] += allocation[i][j];
    finish[i] = 1;
    safe[k++] = i;
    i = -1;
    }
    }
    }
    for (i = 0;i<n;i++)
    {
    if (!finish[i])
    return 0;
    }
    return 1;
    }
    int request1(int p) //检查请求向量是否符合要求,小于需求需求向量,//并小于资源向量
    {
    int flag = 1;
    int j;
    for (j = 0;j<m;j++)
    {
    if (request[j]>need[p][j])
    {
    flag = 0;
    }
    }
    for (j = 0;j<m;j++)
    {
    if (request[j]>avaliable [p][j])
    {
    flag = 0;
    }
    }
    return flag;
    }
    int banker() //银行家算法实现函数
    {
    int i, j, p;
    char ch;
    cout << “初始化安全性检查:” << ‘\n’;
    int k = 0;
    for (i = 0;i<n;i++)
    finish[i] = 0;
    if (checkSafe(k))
    {
    cout << “处于安全状态.安全序列为:”;
    for (i = 0;i<n;i++)
    cout << safe[i] << ’ ';
    cout << ‘\n’;
    }
    else
    {
    cout << “初始资源出错,退出程序.” << ‘\n’;
    return 0;
    }
    display();
    do {
    for (i = 0;i<n;i++)
    safe[i] = 0;
    for (i = 0;i<n;i++)
    finish[i] = 0;
    cout << “请输入当前请求进程号(例如:p0,输入0):” << ‘\n’;
    cin >> p;
    cout << “请输入当前请求向量(例如:请求(1,2,3),输入1,2,3):” << ‘\n’;
    for (i = 0;i<m;i++)
    cin >> request[i];
    if (request1§)
    {
    for (j = 0;j<m;j++)
    {
    available[j] -= request[j];
    allocation[p][j] += request[j];
    need[p][j] -= request[j];
    }
    k = 0;
    if (checkSafe(k))
    {
    cout << “处于安全状态.安全序列为:”;
    for (i = 0;i<n;i++)
    cout << safe[i] << ’ ';
    cout << ‘\n’;
    }
    else
    {
    roolBack§;
    cout << “不安全,请重新输入请求向量.” << ‘\n’;
    }
    }
    else
    {
    cout << “当前请求向量不符合要求,请重新输入.” << ‘\n’;
    }
    display();
    cout << “是否继续分配?(y or n)”;
    cin >> ch;
    } while (ch == ‘y’ || ch == ‘Y’);
    return 0;
    }
    int main()
    {
    cout << “银行家算法” << ‘\n’;
    inint();
    display();
    banker();
    return 0;
    }

    展开全文
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    2018-06-22 18:52:49
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空空如也

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动态分配算法

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