计算机操作系统实验五：动态分区分配方式的模拟

1 ．实验目的

了解动态分区分配方式中使用的数据结构和分配算法，并进一步加深对动态分区存储管理方式及其实现过程的理解。

2 ．实验内容

（1）用C 语言分别实现采用首次适应算法（地址从小到大）和最佳适应算法（空闲块大小从小到大）的动态分区分配过程myalloc() 和回收过程myfree()(即自己编写一个分区分配和释放的函数) 。其中，空闲分区通过空闲分区链来管理；在进行内存分配时，系统优先使用空闲区低端的空间。

（2）假设初始状态下，可用的内存空间为640 KB（即程序开始运行时，用malloc()函数一次申请640KB的内存空间，程序结束时用free()函数释放空间。然后自己编写程序在这640KB的空间上模拟首次适应算法和最佳适应算法的分配过程。自己编写的分配过程不是真正去向操作系统申请空间，而是在这640KB空间上标记那块占用了；释放过程也不是真正释放空间，只是标记哪块分区空闲），作业请求序列如下：

作业l 申请130 KB 。
作业2 申请60 KB 。
作业3 申请100 KB 。
作业2 释放60 KB 。
作业4 申请200 KB 。
作业3 释放100 KB 。
作业l 释放130 KB 。
作业5 申请140 KB 。
作业6 申请60 KB 。
作业7 申请50 KB 。
作业6 释放60 KB 。

请分别采用首次适应算法和最佳适应算法进行内存块的分配和回收，要求每次分配和回收后显示出空闲内存分区链的情况。

3 ．实验步骤

不想看示例的话，可以直接向下滑到最后一步看代码

1.首次适应算法

模拟作业请求序列分配：

自由分配：

1.分配空间足够的情况

2.分配空间不足的情况

3.普通回收

首先分配一些内存准备回收，此时内存初始情况如下

4.连续回收

继上次内存情况回收任务2，此时应连续回收地址1-250的内存

当三个内存块需要连续回收时，回收任务4，此时所有内存块都空闲，需要连续回收

2.最佳适应算法

模拟作业请求序列分配：

自由分配：

1.体现出最佳适应的普通分配

分配任务6，大小为50kb。如果按照首次适应算法则会从地址101-300的内存块分配给任务，而最佳适应算法会寻找大小最小且满足条件的内存块，即从地址为551-640的内存块分配给任务6.

2.回收：

连续回收两个内存块

连续回收三个内存块

全部回收

4 ．完整代码（C语言实现）

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
struct nodespace{int teskid;   // 任务号 int begin;    // 开始地址 int size;     // 大小 int status;   // 状态 0代表占用，1代表空闲 struct nodespace *next;  // 后指针
};void initNode(struct nodespace *p){if(p == NULL){   //如果为空则新创建一个 p = (struct nodespace*)malloc(sizeof(struct nodespace));}p->teskid = -1;p->begin = 0;p->size = 640;p->status = 1;p->next =NULL;
}/*
*  首次适应算法
*/
void myMalloc1(int teskid,int size,struct nodespace *node){while(node != NULL){if(node->status == 1){  //空闲的空间 if(node->size > size){  //当需求小于剩余空间充足的情况 //分配后剩余的空间 struct nodespace *p = (struct nodespace*)malloc(sizeof(struct nodespace));p->begin = node->begin + size;p->size = node->size - size;p->status = 1;p->teskid = -1;//分配的空间 node->teskid = teskid; node->size = size;node->status = 0;//改变节点的连接 p->next = node->next; node->next = p;break; }else if(node->size == size){ //需求空间和空闲空间大小相等时 node->teskid = teskid; node->size = size;node->status = 0;break;}    }if(node->next == NULL){printf("分配失败，没有足够的空间！\n");break;}node = node->next;}
} /*
* 最佳适应算法
*/
void myMalloc2(int teskid,int size,struct nodespace *node){//最佳块指针 struct nodespace *q = NULL;//首先找到第一个满足条件的空闲块 while(node != NULL){if(node->status == 1 && node->size >= size){q = node;break;}//如果下一个为空则说明没有空闲区可以分配 if(node->next == NULL){printf("分配失败，没有足够的空间！\n");break;} else{node = node->next;  }} //遍历寻找最佳的空闲块 while(node != NULL){if(node->status == 1 && node->size >= size && node->size < q->size){  //空闲的空间 q = node;}node = node->next;}if(q->size > size){             //最佳空闲块的大小大于需求大小 //分配后剩余的空间 struct nodespace *p = (struct nodespace*)malloc(sizeof(struct nodespace));p->begin = q->begin + size;p->size = q->size - size;p->status = 1;p->teskid = -1;//分配的空间 q->teskid = teskid; q->size = size;q->status = 0;//改变节点的连接 p->next = q->next; q->next = p;}else if(q->size == size){     //最佳空闲块空间大小和需求相等q->teskid = teskid; q->size = size;q->status = 0;}
}void myFree(int teskid,struct nodespace *node){if(node->next == NULL && node->teskid == -1){printf("还没有分配任何任务！\n");}while(node != NULL){if(node->status == 1 && node->next->status ==0 && node->next->teskid == teskid){  //释放空间的上一块空间空闲时 node->size = node->size + node->next->size;struct nodespace *q = node->next;node->next = node->next->next;free(q);if(node->next->status == 1){ //下一个空间是空闲空间时 node->size = node->size + node->next->size;struct nodespace *q = node->next;node->next = node->next->next;free(q);}break;}else if(node->status == 0 && node->teskid == teskid){  //释放空间和空闲空间不连续时 node->status = 1;node->teskid = -1;if(node->next != NULL && node->next->status == 1){ //下一个空间是空闲空间时 node->size = node->size + node->next->size;struct nodespace *q = node->next;node->next = node->next->next;free(q);}break;}else if(node->next == NULL){  //任务id不匹配时 printf("没有此任务！\n");break;}node = node->next;}}void printNode(struct nodespace *node){printf("                        内存情况                        \n"); printf(" -------------------------------------------------------\n");printf("| 起始地址\t结束地址\t大小\t状态\t任务id\t|\n");while(node != NULL){if(node->status==1){printf("| %d\t\t%d\t\t%dKB\tfree\t 无\t|\n", node->begin + 1, node->begin+node->size, node->size);}else{printf("| %d\t\t%d\t\t%dKB\tbusy\t %d\t|\n", node->begin + 1, node->begin+node->size, node->size, node->teskid);}node = node->next;}printf(" -------------------------------------------------------\n");
}void destory(struct nodespace *node){struct nodespace *q = node;while(node != NULL){node = node->next;free(q);q = node;}
}void menu(){printf("1.分配内存\n");printf("2.回收内存\n");printf("3.查看内存情况\n");printf("4.退出\n");printf("请输入选项:");
}int main(){// node为整个空间 struct nodespace *init = (struct nodespace*)malloc(sizeof(struct nodespace));struct nodespace *node = NULL;initNode(init);           //初始化主链 node = init;           //指向链表头 int option; int teskid;int size;while(1){printf("请选择模式：\n 1.演示模式\n 2.自由模式\n 3.退出\n");scanf("%d",&option);if(option == 1){  //演示模式 while(1){        //循环选择实现的算法 printf("请选择算法：\n 1.首次适应算法\n 2.最佳适应算法\n 3.退出\n");scanf("%d",&option);if(option == 1){           //首次适应算法 printf("作业1 申请130 KB\n");myMalloc1(1,130,node);      //作业1 申请130 KBprintNode(node);printf("作业2 申请60 KB\n");myMalloc1(2,60,node);       //作业2 申请60 KBprintNode(node);printf("作业3 申请100 KB\n");myMalloc1(3,100,node);      //作业3 申请100 KBprintNode(node);printf("作业2 释放60 KB\n");myFree(2,node);         //作业2 释放60 KBprintNode(node);printf("作业4 申请200 KB\n");myMalloc1(4,200,node);      //作业4 申请200 KBprintNode(node);printf("作业3 释放100 KB\n");myFree(3,node);            //作业3 释放100 KBprintNode(node);printf("作业1 释放130 KB\n");myFree(1,node);            //作业1 释放130 KBprintNode(node);printf("作业5 申请140 KB\n");myMalloc1(5,140,node);     //作业5 申请140 KBprintNode(node);printf("作业6 申请60 KB\n");myMalloc1(6,60,node);       //作业6 申请60 KBprintNode(node);printf("作业7 申请50 KB\n");myMalloc1(7,50,node);        //作业7 申请50 KBprintNode(node);printf("作业6 释放60 KB\n");myFree(6,node);          //作业6 释放60 KBprintNode(node);destory(node); //销毁链表initNode(init);   //重新初始化 node = init;   //重新指向开头 }else if(option == 2){       //最佳适应算法 printf("作业1 申请130 KB\n");myMalloc2(1,130,node);      //作业1 申请130 KBprintNode(node);printf("作业2 申请60 KB\n");myMalloc2(2,60,node);       //作业2 申请60 KBprintNode(node);printf("作业3 申请100 KB\n");myMalloc2(3,100,node);      //作业3 申请100 KBprintNode(node);printf("作业2 释放60 KB\n");myFree(2,node);         //作业2 释放60 KBprintNode(node);printf("作业4 申请200 KB\n");myMalloc2(4,200,node);      //作业4 申请200 KBprintNode(node);printf("作业3 释放100 KB\n");myFree(3,node);            //作业3 释放100 KBprintNode(node);printf("作业1 释放130 KB\n");myFree(1,node);            //作业1 释放130 KBprintNode(node);printf("作业5 申请140 KB\n");myMalloc2(5,140,node);     //作业5 申请140 KBprintNode(node);printf("作业6 申请60 KB\n");myMalloc2(6,60,node);       //作业6 申请60 KBprintNode(node);printf("作业7 申请50 KB\n");myMalloc2(7,50,node);        //作业7 申请50 KBprintNode(node);printf("作业6 释放60 KB\n");myFree(6,node);          //作业6 释放60 KBprintNode(node);destory(node); //销毁链表initNode(init);   //重新初始化 node = init;   //重新指向开头 }else if(option == 3){       //退出break;}else{printf("您的输入有误，请重新输入！\n"); }}   }else if(option == 2){    //自由模式 while(1){        //循环选择使用的算法 printf("请选择算法：\n 1.首次适应算法\n 2.最佳适应算法\n 3.退出\n");scanf("%d",&option);int n = option;     //标记选择的算法，n == 1 表示首次适应算法, n == 2表示最佳适应算法 if(option != 3){while(1){menu();      //打印想要进行的操作 scanf("%d",&option);if(option == 1 && n == 1){            //首次适应 printf("请输入任务id以及申请的空间大小:\n");scanf("%d%d",&teskid,&size);myMalloc1(teskid,size,node);printNode(node);}else if(option == 1 && n == 2){   //最佳适应 printf("请输入任务id以及申请的空间大小:\n");scanf("%d%d",&teskid,&size);myMalloc2(teskid,size,node);printNode(node);}else if(option == 2){printf("请输入任务id:\n");scanf("%d",&teskid);myFree(teskid,node);printNode(node);}else if(option == 3){printNode(node);}else if(option == 4){destory(node);    //销毁链表initNode(init);   //重新初始化 node = init;   //重新指向开头 break;}else{printf("您的输入有误，请重新输入！\n");continue;}}}else if(option == 3){destory(node);    //销毁链表initNode(init);   //重新初始化 node = init;   //重新指向开头 break;}else{printf("您的输入有误，请重新输入！\n");}} }else if(option == 3){  //退出  destory(node);return 0;}else {printf("您的输入有误，请重新输入！\n");continue;}}return 0;
}

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