模拟实现内存动态分区分配与回收

一、目的

四个动态分区分配算法：最佳适应算法，循环首次适应算法，最坏适应算法，首次适应算法；
四种回收情况：上邻不下邻，上不邻下邻，上下都邻，上下都不邻；
要求有录入界面，动态初始化内存使用情况，动态录入进程对内存的分配与回收请求；
有算法选择界面，动态选择分区分配算法；
有输出界面，能够查看内存分配与回收结果。

二、原理

首先创建memory类，类中包含四个内存分配回收算法：

首次适应算法private void FristFit(int size) 从链首开始顺序查找
循环首次适应算法private void NextFit(int size) 从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找
最佳适应算法private void BestFit(int size) 总是把满足要求的，最小的空闲分区分配给作业
最坏适应算法private void WorstFit(int size) 总是把满足要求的，最大的空闲分区分配给作业

若通过以上四种算法找到可用的空闲分区并且分区的大小足够

通过Distribute(size, location, temp)函数执行分配。
通过public void showmpartition()函数展示内存分区的状况。
通过public void allocation(int size)进行内存的动态分配函，
通过public void collection(int id)进行内存的回收。

然后创建main类，里面主要时main函数，通过输入不同的选择调用不同的函数。

三、主要过程及步骤

1.主要模块及数据流程图

（1）主要函数：

public void allocation(int size)：内存分配
public void showmpartition()：展示内存分区状况
public void collection(int id)：内存回收,id 指定要回收的分区号
private void Distribute(int size, int location, Partition
temp)：执行分配函数

（2）核心算法及解析：

1）首次适应算法：

首次适应算法进行内存分配时，从链首开始顺序查找。首先找到可用的空闲分区并且分区的大小足够，通过Distribute(size, location, temp)函数执行分配，若遍历完整个链表任然没有找到可用空闲分区则内存分配失败，输出提示语句。

//首次适应算法//size 指定需要分配的大小private void FristFit(int size){//遍历分区链表for (location = 0; location < mpartition.size(); location++){//每次从链首开始查找Partition temp =mpartition.get(location);if (temp.Free && (temp.size > size)){//找到可用空闲分区且大小足够Distribute(size, location, temp);return;}}//遍历结束后未找到可用分区, 则内存分配失败System.out.println("无可用内存空间!");}

2）循环首次适应算法：

循环首次适应算法进行内存分配时，从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找。首先，从上次分配的空闲区位置开始遍历分区链表，如果，找到可用的空闲分区并且分区的大小足够，通过Distribute(size, location, temp)函数执行分配。若遍历完整个链表任然没有找到可用空闲分区则内存分配失败，输出提示语句。

//循环首次适应算法
// size 指定需要分配的大小private void NextFit(int size){Partition temp = mpartition.get(location);//从上次分配的空闲区位置开始遍历分区链表if (temp.Free && (temp.size > size)){Distribute(size, location, temp);return;}int length= mpartition.size();int i = (location + 1) % length;for (; i != location; i = (i+1) % length){temp = mpartition.get(i);//找到可用分区（空闲且大小足够）if (temp.Free && (temp.size > size)){Distribute(size, i, temp);return;}}//遍历结束后未找到可用分区, 则内存分配失败System.out.println("无可用内存空间!");}

3）最佳适应算法：

最佳适应算法为作业分配内存时，总是把满足要求的，最小的空闲分区分配给作业。首先遍历分区链表，如果，找到可用的空闲分区并且分区的大小足够，再判断min > temp.size – size是否成立，最后根据flag的值判断有无可用内存空间，若有则通过Distribute(size, location, temp)函数执行分配。

   // 最佳适应算法//size 指定需要分配的大小private void BestFit(int size){int flag = -1;int min = this.size;for (location = 0; location < mpartition.size(); location++){Partition temp = mpartition.get(location);if (temp.Free && (temp.size > size)){if (min > temp.size - size){min = temp.size - size;flag = location;}}}if (flag == -1){System.out.println("无可用内存空间!");}else {Distribute(size, flag, mpartition.get(flag));}}

4）最坏适应算法：

最坏适应算法为作业分配内存时，总是把满足要求的，最大的空闲分区分配给作业。首先遍历分区链表，如果，找到可用的空闲分区并且分区的大小足够，再判断max < temp.size – size是否成立，最后根据flag的值判断有无可用内存空间，若有则通过Distribute(size, location, temp)函数执行分配。

   //最坏适应算法//size 指定需要分配的大小private void WorstFit(int size){int flag = -1;int max = 0;for (location= 0; location < mpartition.size(); location++){Partition temp = mpartition.get(location);if (temp.Free && (temp.size > size)){if (max < temp.size - size){max = temp.size - size;flag = location;}}}if (flag == -1){System.out.println("无可用内存空间!");}else {Distribute(size, flag, mpartition.get(flag));}

4）四种回收情况：

此处将上邻下不邻，上不邻下邻，上下都不邻和上下都邻四种回收情况合并为两种，即：如果回收分区不是尾分区且后一个分区为空闲, 则与后一个分区合并（上不邻下邻或者上下都邻），如果回收分区不是首分区且前一个分区为空闲, 则与前一个分区合并（上邻下不邻或者上下都邻）。

   //内存回收,id 指定要回收的分区号public void collection(int id){if (id >= mpartition.size()){System.out.println("没有此分区号!");return;}Partition temp = mpartition.get(id);int size = temp.size;if (temp.Free) {System.out.println("分区未被分配, 无需回收");return;}//如果回收分区不是尾分区且后一个分区为空闲, 则与后一个分区合并（上不邻下邻或者上下都邻）if (id < mpartition.size() - 1 && mpartition.get(id + 1).Free){Partition next = mpartition.get(id + 1);temp.size += next.size;mpartition.remove(next);}//如果回收分区不是首分区且前一个分区为空闲, 则与前一个分区合并（上邻下不邻或者上下都邻）if (id > 0 && mpartition.get(id - 1).Free){Partition previous = mpartition.get(id - 1);previous.size += temp.size;mpartition.remove(id);id--;}mpartition.get(id).Free = true;System.out.println("内存回收成功!, 本次回收了 " + size + "KB 空间!");}

（3）数据流程图：

2. 运行结果分析

(1)内存初始状态：

（2）动态分区分配：

对四种算法均执行如下操作序列：申请300K，申请100K，释放300K，申请150K，申请50K，申请90K。在选择算法指令中输入相对应的指令。

（3）结果显示及分析：

1）首次适应算法：

首先申请300K，再申请100K，再释放300K，此时第一个空闲分区起始地址为0，大小为300K。第二个空闲分区起始地址为400，大小为112K。由于首次适应算法进行内存分配时，从链首开始，所以申请150K，50K，90K都是在已经释放的300K空闲区中分配。此时，第一个空闲分区起始地址为290，大小为10K，第二个空闲分区起始地址为400，大小为112K。

2）循环首次适应算法：

首先申请300K，再申请100K，再释放300K，此时第一个空闲分区起始地址为0，大小为300K。第二个空闲分区起始地址为400，大小为112K。由于循环首次适应算法进行内存分配时，从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，所以当申请150K时下一个空闲分区的始址为150，大小为150K；再申请50K，它的下一个空闲分区始址为200，大小为100K；再申请90K，它的下一个空闲分区的始址为290，大小为10K。综上所述，第一个空闲分区的始址为290，大小为10K，第二个空闲分区的始址为400，大小为112K。

3）最佳适应算法

首先申请300K，再申请100K，再释放300K，此时第一个空闲分区起始地址为0，大小为300K。第二个空闲分区起始地址为400，大小为112K。由于最佳适应算法在分配内存时，总是把满足要求的最小的空闲分区分配给作业。所以当申请150K时，将满足要求的300K分配给它，此时第一个空闲分区的起址为150，大小为150K，第二个空闲分区不变；申请50K时，满足要求的且最小的为第二个空闲分区，分配完后第二空闲分区的起址为450，大小为62K；申请90K，将第一个空闲分区分配给它，最终可得，第一个空闲分区的始址为240，大小为60K，第二个空闲分区的始址为450，大小为62K。

4）最坏适应算法：

首先申请300K，再申请100K，再释放300K，此时第一个空闲分区起始地址为0，大小为300K。第二个空闲分区起始地址为400，大小为112K。由于最坏适应算法在分配内存时，总是把满足要求的最大的空闲分区分配给作业。所以当申请150K时，将满足要求的300K分配给它，此时第一个空闲分区的起址为150，大小为150K，第二个空闲分区不变；申请50K时，第一个空闲分区大小为150K，第二空闲分区大小为112K，所以将第一分区分配给它，分配完后第一空闲分区的起址为200，大小为100K；申请90K，由于第一空闲分区为100K，第二个空闲分区为112K，所以将第二个空闲分区分配给它，最终可得，第一个空闲分区的始址为200，大小为100K，第二个空闲分区的始址为490，大小为22K。

得出结论：若随后又要申请80K，首次适应算法可以分配成功，而最佳适应算法则没有足够大的空间分配。这说明首次适应算法尽可能地使用了低地址部分的空闲区域，留下了高地址部分的大空闲区，更有可能满足进程的申请。

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