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  • 2019-07-23 21:49:29

    1. 题目简介

    初始状态:动态分区管理方式预先不将主存划分区域。而是把主存除操作系统占用区域外的空间看作一个大的空闲区。当作业要求装入主存时,根据作业的大小查询主存内各空闲区。并按照特定的算法选择一合适的空闲区,按作业大小的要求画出一个分区并装入该作业。剩下的区域作为新的空闲区。

    当作业执行完毕后,所占用的主存空间将被回收,成为一个空闲区。注意如果该空闲区的相邻分区也是空闲区,则需要将相邻空闲区合并成一个空闲区。

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    千次阅读 2022-03-23 20:39:23
    动态存储管理的基本问题是系统如何应用户提出的"请求”分配内存?又如何回收那些用户不再使用而“释放”的内存,以备新的“请求”产生时重新进行分配?提出请求的用户可能是进入系统的一个作业,也可能是程序执行过程中...

            对操作系统和编译程序来说,存储管理都是一个复杂而又重要的问题。不同语言的编译程序和不同的操作系统可以采用不同的存储管理方法。

            动态存储管理的基本问题是系统如何应用户提出的"请求”分配内存?又如何回收那些用户不再使用而“释放”的内存,以备新的“请求”产生时重新进行分配?提出请求的用户可能是进入系统的一个作业,也可能是程序执行过程中的一个动态变量。因此,在不同的动态存储管理系统中,请求分配的内存量大小不同。通常在编译程序中是一个或几个字,而在系统中则是几千,几万,甚至是几十万。然而,系统每次分配给用户(不论大小)都是一个地址连续的内存区。为了方便起见,在下面的文章中,将统称已分配给用户使用的地址连续的内存区为“占用块”,称未曾分配的地址连续的内存区为“可利用空间块”或“空闲块”。

            显然,不管什么样的动态存储管理系统,在刚开工时,整个内存区是一个“空闲块”(在编译程序中称之为“堆”)。随着用户进入系统,先后提出存储请求,系统则依次进行分配。因此,在系统运行的初期,整个内存区基本上分隔成两大部分:低地址区包含若干占用块;高地址区(即分配后的剩余部分)是一个“空闲块”。例如图1(a)所示为依次给8个用户进行分配后的系统的内存状态。经过一段时间以后,有的用户运行结束,它所占用的内存区变成空闲块,这就使整个内存区呈现出占用块和空闲块犬牙交错的状态。如图1(b)

    图1  动态存储分配过程种的内存状态:(a)系统运行初期(b)系统运行若干时间之后

             假如此时又有新的用户进入系统请求分配内存,那么,系统将如何做呢?

            通常有两种做法:一种策略是系统继续从高地址的空闲块中进行分配,而不理会已分配给用户的内存区是否已空闲,直到分配无法进行(即剩余的空闲块不能满足分配的请求)时,系统才去回收所有用户不再使用的空闲块,并且重新组织内存,将所有空闲的内存区连接在一起成为一个大的空闲块。另一种策略是用户一旦运行结束,便将它所占内存区释放成为空闲块,同时,每当新的用户请求分配内存时,系统需要巡视整个内存区中所有空闲块,并从中找出一个“合适”的空闲块分配之。由此,系统需建立一张记录所有空闲块的“可利用空间表”,此表的结构可以是“目录表”,也可以是“链表”。如图2所示为某系统运行过程中的内存状态及其两种结构的可利用空间表。其中图2(b)是目录表,表中每个表目包括3项信息:韧始地址、空闲块大小柏使用情况。图2(c)是链表,表中一个结点表示一个空闲块,系统每次进行分配或回收即为在可利用空间表中删除或插入一个结点。

    图2 动态存储管理过程中的内存状态和可利用空间表
    (a)内存状态  (b)目录表  (c)链表

     

    可利用空间表及分配方法

            可利用空间表中包含所有可分配的空闲块,每一块是链表中的一个结点。当用户请求分配时,系统从可利用空间表中删除一个结点分配之;当用户释放其所占内存时,系统即回收并将它插入到可利用空间表中。因此,可利用空间表亦称做“存储池”。根据系统运行的不同情况,可利用空间表可以有下列3种不同的结构形式:

            第一种情况是系统运行期间所有用户请求分配的存储量大小相同。对此类系统,通常的做法是,在系统开始运行时将归它使用的内存区按所需大小分割成若干大小相同的块,然后用指针链接成一个可利用空间表。由于表中结点大小相同,则分配时无需查找,只要将第一个结点分配给用户即可;同样,当用户释放内存时,系统只要将用户释放的空闲块插入在表头即可。可见,这种情况下的可利用空间表实质上是一个链栈。这是一种最简单的动态存储管理的方式。

            第二种情况,系统运行期间用户请求分配的存储量有若干种大小的规格。对此类系统,一般情况下是建立若干个可利用空间表,同一链表中的结点大小相同。例如,某动态存储管理系统中的用户将请求分配2个字、4个字或8个字的内存块,则系统建立3个结点大小分别为3个字、5个字和9个字的链表,它们的表头指针分别为av2,av4和av8。如图3所示,每个结点中的第一个字设有链域(link)、标志域( tag)和结点类型域(type)。其中:类型域为区别3种大小不同的结点而设, type的值为“0”、“1”或“2”,分别表示结点大小为2个字、4个字或8个字;标志域tag 为“0”或“1”分别表示结点为空闲块或占用块;链域中存储指向同一链表中下一结点的指针,而结点中的值域是其大小分别为2,4和8个字的连续空间。此时的分配和回收的方法在很大程度上和第一种情况类似,只是当结点大小和请求分配的量相同的链表为空时,需查询结点较大的链表,并从中取出一个结点,将其中一部分内存分配给用户,而将剩余部分插人到相应大小的链表中。回收时,也只要将释放的空闲块插人到相应大小的链表的表头中去即可。然而,这种情况的系统还有一个特殊的问题要处理:即当结点与请求相符的链表和结点更大的链表均为空时,分配不能进行,而实际上内存空间并不一定不存在所需大小的连续空间,只是由于在系统运行过程中,频繁出现小块的分配和回收,使得大结点链表中的空闲块被分隔成小块后插人在小结点的链表中,此时若要使系统能继续运行,就必须重新组织内存,即执行“存储紧缩”的操作。除此之外,上述这个系统本身的分配和回收的算法都比较简单。

            第3种情况,系统在运行期间分配给用户的内存块的大小不固定,可以随请求而变。因此,可利用空间表中的结点即空闲块的大小也是随意的。通常,操作系统中的可利用空间表属这种类型。

            系统刚开始工作时,整个内存空间是一个空闲块,即可利用空间表中只有一个大小为整个内存区的结点,随着分配和回收的进行,可利用空间表中的结点大小和个数也随之而变,上述图2(c)中的链表即为这种情况的可利用空间表。

    图3: 有三种大小结点的可利用空间表
    (a)结点结构;  (b)可利用空间表

            由于链表中结点大小不同,则结点的结构与前两种情况也有所不同,结点中除标志域和链域之外,尚需有一个结点大小域( size),以指示空闲块的存储量,如图4所示。结点中的space域是一个地址连续的内存空间。

             由于可利用空间表中的结点大小不同,则在分配时就有一个如何分配的问题。假设某用户需大小为n的内存,而可利用空间表中仅有一-块大小为m≥n的空闲块,则只需将其中大小为n 的一部分分配给申请分配的用户,同时将剩余大小为m一n 的部分作为一个结点留在链表中即可。然而,若可利用空间表中有若干个不小于n的空闲块时,该分配哪一块呢?通常,可有3种不同的分配策略:

            (1)首次拟合法。从表头指针开始查找可利用空间表,将找到的第一个大小不小于n的空闲块的一部分分配给用户。可利用空间表本身既不按结点的初始地址有序,也不按结点的大小有序。则在回收时,只要将释放的空闲块插入在链表的表头即可。例如,在图2(c)的状态时有用户U。进入系统并申请7KB的内存v系统在可利用空间表中进行查询,发现第-个空闲块即满足要求,则将此块中大小为7KB的一部分分配之,剩余8KB的空闲块仍在链表中,如图5(a)所示。图5(d)为分配给用户的占用块。

            (2)最佳拟合法。将可利用空间表中一个不小于n且最接近n的空闲块的一部分分配给用户。则系统在分配前首先要对可利用空间表从头到尾扫视一遍,然后从中找出一块不小于n且最接近n的空闲块进行分配。显然,在图·2(c)的状态时,系统就应该将第二个空闲块的一部分分配给用户U,,分配后的可利用空间表如图5(b)所示。在用最佳拟合法进行分配时,为了避免每次分配都要扫视整个链表。通常,预先设定可利用空间表的结构按空间块的大小自小至大有序,由此,只需找到第一块大于n的空闲块即﹐进行分配,但在回收时,必须将释放的空闲块插入到合适的位置上去。

            (3)最差拟合法。将可利用空间表中不小于n且是链表中最大的空闲块的一部分分配给用户。例如在图2(c)的状态时,就应将大小为41KB的空闲块中的一部分分配给用户,分配后的可利用空间表如图5(c)所示。显然,为了节省时间,此时的可利用空间表的结构应按空闲块的大小自大至小有序。这样,每次分配无需查找,只需从链表中删除第一个结点,并将其中一部分分配给用户,而剩余部分作为一个新的结点插入到可利用空间表的适当位置上去。当然,在回收时亦需将释放的空闲块插人到链表的适当位置上去。

    图5: 结点大小随意的可利用空间表
    (a)按首次拟合原则进行分配  (b)按最佳拟合原则进行分配
    (c)按最差拟合原理进行分配  (d)分配给用户的占用块​​​

     

            上述3种分配策略各有所长。一般来说,最佳拟合法适用于请求分配的内存大小范围较广的系统。因为按最佳拟合的原则进行分配时,总是找大小最接近请求的空闲块,由此系统中可能产生一些存储量甚小而无法利用的小片内存,同时也保留那些很大的内存块以备响应后面将发生的内存量特大的请求,从而使整个链表趋向于结点大小差别甚远的状态。反之,由于最差拟合每次都从内存量最大的结点中进行分配,从而使链表中的结点大小趋于均匀,因此它适用于请求分配的内存大小范围较窄的系统。而首次拟合法的分配是随机的,因此它介于两者之间,通常适用于系统事先不掌握运行期间可能出现的请求分配和释放的信息的情况。从时间上来比较,首次拟合在分配时需查询可利用空间表,而回收时仅需插入在表头即可;最差拟合恰相反,分配时无需查询链表,而回收时为将新的“空闲块"插入在链表中适当的位置上v需先进行查找;最佳拟合无论分配和回收,均需查找链表,因此最费时间。

            因此,不同的情景需采用不同的方法,通常在选择时需考虑下列因素:用户的逻辑要求;请求分配量的大小分布;分配和释放的频率以及效率对系统的重要性等等。

            在实际使用的系统中回收空闲块时还需考虑一个“结点合并”的问题。这是因为系统在不断进行分配和回收的过程中,大的空闲块逐渐被分割成小的占用块,在它们重又成为空闲块回收之后,即使是地址相邻的两个空闲块也只是作为两个结点插入到可利用空间表中,以致使得后来出现的大容量的请求分配无法进行,为了更有效地利用内存,就要求系统在回收时应考虑将地址相邻的空闲块合并成尽可能大的结点。换句话说,在回收空闲块时,首先应检查地址与它相邻的内存是否是空闲块。具体实现的方法将在下面两节中讨论的动态存储管理系统中加以详细说明。

     然后今天就讲到这里啦,大家记得点赞收藏,分享转发,关注小哥哥哦! 最后,如果你想学或者正在学C/C++编程,可以加入小编的编程学习C/C++企鹅圈

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  • NULL 博文链接:https://touch-2011.iteye.com/blog/1068968
  • 固定分区存储管理(C语言)

    千次阅读 2022-04-27 13:45:36
    固定分区存储管理(C语言) 课程 操作系统 实验名称 固定分区存储管理 实验要求 1、 实现固定分区存储管理方式下存储空间的分配和回收。 2、 已知当前内存分配表如下 分区号 起始地址 长度 状态 1 10KB 30KB ...

    固定分区存储管理(C语言)

    课程

    操作系统

    实验名称

    固定分区存储管理

    实验要求

    1、 实现固定分区存储管理方式下存储空间的分配和回收。
    2、 已知当前内存分配表如下

    分区号起始地址长度状态
    110KB30KBJob5
    240KB7KB0
    347KB50KBJob2

    3、 有若干个作业申请或释放内存空间,请求如下:
    (1) 作业Job6请求资源,申请20KB大小的内存空间;
    (2) 作业Job7请求资源,申请5KB大小的内存空间;
    (3) 作业Job2执行完毕,释放空间。
    4、编写程序实现相应存储空间的分配和回收,若请求成功,修改主分配表,并输出该表,若请求不能满足,输出“分配失败”。

    实验目的

    通过编写固定分区存储管理的模拟程序,加深对操作系统存储管理功能中固定分区管理方式、主存分配表等相应知识的理解。

    源代码

    #include "stdio.h"
    int begin[]={10,40,47};	//起始地址 
    int len[]={30,7,50};	//长度 
    int t[]={5,0,2};	//状态 
    int n,m,k; // 进程号、完成进程号、申请的资源空间大小 
    char s; //用于接受判断是否继续时输入的字符变量 
    
    //申请资源 
    void p()
    {
    	int flag=0;	//标记1 
    	int flag2=0;	//标记2 
    	while(flag==0) 
    	{ 
    		int sum=0;	//累加器 
    		for(int i=0;i<3;i++)
    		{
    			if(t[i]!=0)		
    				sum=sum+1;
    		} 
    		if(sum==3)	//空间满了,跳出循环,进入释放 
    		{
    			printf("已经满了!不能再添加进程了!\n");
    			break;
    		} 
    		printf("请输入需要申请资源的进程号:"); 
    		scanf("%d",&n);
    		while(flag2==0) 
    		{
    			for(int i=0;i<3;i++)
    			{
    				if(n==t[i])		//判断进程是否存在 
    				{
    					printf("该进程已存在!\n");
    					printf("请重新输入需要申请资源的进程号:"); 
    					scanf("%d",&n);
    				}	
    			}
    		}
    		printf("请输入需要申请资源的内存空间:"); 
    		scanf("%d",&k);
    		for(int i=0;i<3;i++)
    		{
    			if(t[i]==0)	//状态为0 
    			{
    				if(k<=len[i])	//申请的资源小于等于分配的空间大小 
    		 		{
    				 	t[i]=n; 
    		 			printf("申请成功!\n");
       					//申请成功打印新的分配表 
       					printf("分区号  起始地址   	长度  	状态\n");
       					for(int i=0;i<3;i++)
       					{
           					printf("%d KB	   %d KB	%d KB	%d \n",i+1,begin[i],len[i],t[i]);
       					}
    		 		} 
    		 		else	//申请的资源大于分配的空间大小
    				{
    					printf("分配失败!\n");  
    				}
    			} 
    			 
    		}
    		printf("是否继续申请资源(y/n):"); 
    		scanf("%s",&s);
    		if(s=='n')flag=1;
    	} 	 
    }
     
    //释放 
    void v()
    {
    	int flag=0;
    	while(flag==0)
    	{
    		printf("请输入需要执行完成的进程号:"); 
    		scanf("%d",&m);
    		for(int i=0;i<3;i++)
    		{
    			if(m==t[i])
    			{
    				t[i]=0; 
    				//释放成功打印新的分配表 
    				printf("释放成功!\n");
    				printf("分区号  起始地址   	长度  	状态\n");
    				for(int i=0;i<3;i++)
    				{
    					printf("%d KB	   %d KB	%d KB	%d \n",i+1,begin[i],len[i],t[i]);
    		   		}
    		   		printf("是否继续需要执行完成的进程号(y/n):"); 
    				scanf("%s",&s);
    				if(s=='n')flag=1;	
    			}
    			else
    			{
    				printf("请重新输入需要执行完成的进程号:");
    				break;
    			}
    		}
    	}
    } 
    

    主程序(test01):

    int main()
    {
    	//分配表 
    	printf("已知当前内存分配表如下\n");
    	printf("分区号  起始地址   	长度  	状态\n");
    	for(int i=0;i<3;i++)
       	{
           	printf("  %d	  %d KB		%d KB	  %d \n",i+1,begin[i],len[i],t[i]);
       	}	 
    	p(); 
    	v(); 
    }
    

    流程图

    整体模型图
    在这里插入图片描述

    P()模块流程图:
    在这里插入图片描述

    V()模块流程图
    在这里插入图片描述

    实验结果

    在这里插入图片描述

    实验总结

    通过此次实验,加深了对操作系统存储管理功能中的固定分区管理方式、主存分配表等相应知识的理解,对操作系统怎么实现存储管理有了初步的认识,固定分区的优势是实现简单,只需要极少的操作系统开销,它也有很多的缺点,例如:有部分碎片,对内存的使用不充分。活动进程的最大数目也是固定的。

    教师评语

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  • 编写程序完成动态分区存储管理方式的主存分配回收的实现。实验具体包括:首先确定主存空间分配表;然后采用最佳适应算法完成主存空间的分配和回收;最后编写主函数对所做工作进行测试。 实验结果 初始化内存起始...

    实验内容

    编写程序完成动态分区存储管理方式的主存分配回收的实现。实验具体包括:首先确定主存空间分配表;然后采用最佳适应算法完成主存空间的分配和回收;最后编写主函数对所做工作进行测试。

    实验代码

    """操作系统动态分区存储管理方式的主存分配与回收"""
    
    
    import copy
    
    
    class process(object):
        def __init__(self, address, length, flag=1, name='无'):
            self.name = name  # 进程名称
            self.address = address  # 起始地址
            self.length = length  # 占用空间大小
            self.flag = flag  # flag为1表示空闲,flag为0表示已分配
    
    
    def show_all(list):
        """展示全部内存分配"""
        print("全部内存分配表:")
        for i in range(0, len(list)):
            p = list[i]
            print('\t名称:', p.name, ' 起始地址:', p.address, " 空间大小:",
                  p.length, "状态:", "已分配" if p.flag == 0 else "空闲")
    
    
    def allocate(name, length, list):
        """采用最佳适应算法分配内存"""
        min = 5
        q = copy.copy(list)
        q.sort(key = lambda x: x.length)
        a1 = -1
        a2 = -1
        # 先找到要分配的起始地址
        for i in range(0, len(q)):
            p = q[i]
            if p.flag == 1 and p.length == length:
                a1 = p.address
                break
            elif p.flag == 1 and p.length > length and p.length - length <= min:
                a1 = p.address
                break
            elif p.flag == 1 and p.length > length and p.length - length > min:
                a2 = p.address
                break
        # 再进行分配
        if a1 == -1 and a2 == -1:
            print("内存空间不足!")
            return
        for i in range(0, len(list)):
            p = list[i]
            if p.address == a1:
                p.name = name
                p.flag = 0
                print(p.name, "分配成功!")
                return
            elif p.address == a2:
                new_process = process(p.address, length, 0, name)
                list.insert(i, new_process)
                p.address += length
                p.length -= length
                print(new_process.name, "分配成功!")
                return
    
    
    def free(name, list):
        """"回收内存"""
        for i in range(0, len(list)):
            p = list[i]
            if p.name == name:
                print(p.name, "回收成功!")
                p.name = '无'
                p.flag = 1
                cur = i
                break
        # 如果有上邻空闲区,向上合并
        if cur - 1 >= 0:
            if list[cur - 1].flag == 1:
                list[cur - 1].length += list[cur].length
                del list[cur]
                cur = cur - 1
        # 如果有下邻空闲区,向下合并
        if cur + 1 < len(list):
            if list[cur + 1].flag == 1:
                list[cur].length += list[cur + 1].length
                del list[cur + 1]
    
    
    if __name__ == "__main__":
        adr = int(input('请初始化内存起始地址:'))
        le = int(input('请初始化内存空间大小:'))
        list = [process(adr, le)]
        while True:
            try:
                select = int(input("请选择:1、分配内存 2、回收内存 3、退出程序:"))
                if select == 1:
                    num = int(input("请输入待分配的进程个数:"))
                    for i in range(num):
                        name = input("进程名称:")
                        length = int(input("所需内存:"))
                        allocate(name, length, list)
                    show_all(list)
                elif select == 2:
                    name = input("请输入要回收的进程名称:")
                    free(name, list)
                    show_all(list)
                elif select == 3:
                    break
                else:
                    print("输入不正确!")
            except:
                print("输入不正确!")
    

    实验结果

    在这里插入图片描述
    图1 初始化内存起始地址和内存空间大小

    在这里插入图片描述
    图2 分配7个内存后的内存分配表

    在这里插入图片描述

    图3 回收p1、p3,归还区既无上邻空闲区又无下邻空闲区

    在这里插入图片描述

    图4 回收p2,归还区既有上邻空闲区又有下邻空闲区

    在这里插入图片描述

    图5 回收p4,归还区有上邻空闲区

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    图6 回收p7,归还区有下邻空闲区

    在这里插入图片描述

    图7 分配p8,挑选一个能满足作业要求的最小空闲区

    在这里插入图片描述

    图8 分配p9,差距小于min就将整个空闲区分配给作业

    展开全文
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空空如也

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动态分区存储管理c