操作系统课程实验3-可变分区存储管理

操作系统课程实验3-可变分区存储管理

一、实验介绍

1.1 实验目的
  1. 加深对可变分区存储管理的理解；
  2. 提高用C语言编制大型系统程序的能力，特别是掌握C语言编程的难点：指针和指针作为函数参数；
  3. 掌握用指针实现链表和在链表上的基本操作。
1.2 实验内容

参照教材P137-P140的内容，编写一个C程序，用循环首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法，模拟可变分区存储管理，实现对内存区的分配和回收管理。

1.3 实验要求
  1. 每次分配和释放后显示空闲分区表。
  2. 空闲分区表可采用结构数组的形式（最低要求）或双向链表的形式。
1.4 参考测试数据

操作系统在低地址占用100KB的空间，用户区主存从100KB处开始占用512KB。初始时，用户区全部为空闲，分配时截取空闲分区的低地址部分作为已分配区。执行以下申请、释放操作序列后：请求300KB，请求100KB，释放300KB，请求150KB，请求90KB，释放100KB。

二、实现代码

#include<stdio.h>  
#include<stdlib.h> 
#include<iostream> using namespace std; #define ALLOCATED 1 						// 定义已分配状态为1
#define FREE 0 								// 定义空闲状态为0
#define SEQUENCELENGTH 6 					// 定义操作序列长度为6typedef struct CHAIN { 						// 定义链表结构体 Tableint status; 							// 记录块的状态：ALLOCATED 或 FREEint pid; 								// 记录分配给的进程IDint size; 								// 记录块的大小int addr; 								// 记录块的起始地址struct CHAIN *Next_Block; 				// 指向下一块的指针struct CHAIN *Pre_Block; 				// 指向前一块的指针
} Table; Table *Head; 								// 头指针，指向链表的头部
int OCPSequence[SEQUENCELENGTH][3] = { 		// 操作序列数组，包含分配和回收操作{1, 1, 300}, {1, 2, 100}, {2, 1, 300}, {1, 3, 150}, {1, 4, 90}, {2, 2, 100}
};void start(); 								// 声明启动函数void FirstFit(); 							// 声明首次适应算法函数
void BestFit(); 							// 声明最佳适应算法函数
void WorstFit(); 							// 声明最坏适应算法函数
void CirFirstFit(); 						// 声明循环首次适应算法函数bool recycle(int pid); 						// 声明回收函数
void linkprint(void); 						// 声明链表打印函数
void CommomDeal(int alg); 					// 声明通用处理函数Table* FindFF(int size); 					// 声明首次适应算法查找函数
Table* FindBF(int size); 					// 声明最佳适应算法查找函数
Table* FindWF(int size); 					// 声明最坏适应算法查找函数
Table* FindCFF(int size); 					// 声明循环首次适应算法查找函数void HeadReset(void); 						// 声明头节点重置函数int main(void) {Head = (Table*)malloc(sizeof(Table)); 	// 分配内存给头节点Head->Next_Block = Head->Pre_Block = NULL; // 初始化头节点的前后指针HeadReset(); 							// 重置头节点start(); 								// 启动模拟return 0; 
}void start() {cout << "we are gonna do a simulation about memory allocation" << endl; cout << "next,there are some algorithm is waiting for you,you need to choose one of them in every circle" << endl; cout << "1.首次适应算法\t2.最佳适应算法\t3.最坏适应算法\t4.循环首次适应算法" << endl << endl << endl << endl; int IDofAlgorithm; 						// 声明算法ID变量for (int i = 0; i < 4; i++) { 			// 循环4次，模拟4个算法cout << "输入算法ID："; 			cin >> IDofAlgorithm; 				// 输入算法IDwhile (IDofAlgorithm < 1 || IDofAlgorithm > 4) { // 检查输入是否合法cout << "无效的算法ID，请重新输入："; cin >> IDofAlgorithm; }switch (IDofAlgorithm) { 			// 根据算法ID选择对应算法case 1:printf("--------------------------------------------------------------------------------------\n                                     首次适应算法                                     \n--------------------------------------------------------------------------------------\n"); // 打印首次适应算法标题FirstFit(); 				// 调用首次适应算法函数break;case 2:printf("--------------------------------------------------------------------------------------\n                                     最佳适应算法                                     \n--------------------------------------------------------------------------------------\n"); // 打印最佳适应算法标题BestFit(); 					// 调用最佳适应算法函数break;case 3:printf("--------------------------------------------------------------------------------------\n                                     最坏适应算法                                     \n--------------------------------------------------------------------------------------\n"); // 打印最坏适应算法标题WorstFit(); 				// 调用最坏适应算法函数break;case 4:printf("--------------------------------------------------------------------------------------\n                                   循环首次适应算法                                   \n--------------------------------------------------------------------------------------\n"); // 打印循环首次适应算法标题CirFirstFit(); 				// 调用循环首次适应算法函数break;}HeadReset(); 						// 重置头节点，准备下一个算法测试}
}void FirstFit() {CommomDeal(1); // 调用通用处理函数，参数为1（首次适应算法）
}
void BestFit() {CommomDeal(2); // 调用通用处理函数，参数为2（最佳适应算法）
}
void WorstFit() {CommomDeal(3); // 调用通用处理函数，参数为3（最坏适应算法）
}Table* FindFF(int size) {Table * p = Head; 					// 初始化指针p为头节点while (p != NULL ) { 				// 遍历链表if (p->size >= size && p->status == FREE) // 找到第一个合适的空闲块return p; 					// 返回该块指针p = p->Next_Block; 				// 移动到下一个块}return NULL; 						// 如果没有合适的块，返回NULL
}Table* FindBF(int size) {Table * p = Head; 					// 初始化指针p为头节点Table * best = NULL; 				// 初始化最优块指针为NULLwhile (p != NULL ) { 				// 遍历链表if (p->status == FREE && p->size >= size && (best == NULL || p->size < best->size)) // 找到更小的合适空闲块best = p; 					// 更新最优块指针p = p->Next_Block; 				// 移动到下一个块}return best; 						// 返回最优块指针
}Table* FindWF(int size) {Table * p = Head; 					// 初始化指针p为头节点Table * Worst = NULL; 				// 初始化最差块指针为NULLwhile (p != NULL ) { 				// 遍历链表if (p->status == FREE && p->size >= size && (Worst == NULL || p->size > Worst->size)) // 找到更大的合适空闲块Worst = p; 					// 更新最差块指针p = p->Next_Block; 				// 移动到下一个块}return Worst; 						// 返回最差块指针
}Table* FindCFF(Table * p, int size) {Table * Flag = p; 					// 保存初始块指针if (p == NULL) 						// 如果初始块为空p = Head; 						// 从头开始while (p != NULL) { 				// 遍历链表if (p->status == FREE && p->size >= size) // 找到合适的空闲块return p; 					// 返回该块指针if (!p->Next_Block) 			// 如果到达链表末尾p = Head; 					// 回到头节点elsep = p->Next_Block; 			// 移动到下一个块if (p == Flag) 					// 如果回到初始块return NULL; 				// 返回NULL表示没有找到合适块}
}void CommomDeal(int alg) {Table* (*Tar)(int); 				// 定义函数指针switch (alg) { 						// 根据算法选择对应查找函数case 1:Tar = FindFF; // 指向首次适应算法查找函数break;case 2:Tar = FindBF; // 指向最佳适应算法查找函数break;case 3:Tar = FindWF; // 指向最坏适应算法查找函数break;}for (int i = 0; i < SEQUENCELENGTH; i++) { 			// 遍历操作序列if (OCPSequence[i][0] == 1) { 					// 分配操作int ID, size;ID = OCPSequence[i][1]; 					// 获取进程IDsize = OCPSequence[i][2]; 					// 获取请求大小Table  *pReturn;printf("进程%d请求%dKB\n", ID, size); 		// 打印请求信息printf("--------------------------------------------------------------------------------------\n");if ((pReturn = Tar(size)) != NULL) { 		// 调用查找函数，找到合适块if (pReturn->size == size) { 			// 如果块大小正好pReturn->pid = ID; 					// 设置块的进程IDpReturn->status = ALLOCATED; 		// 设置块的状态为已分配} else { 								// 如果块大小大于请求大小Table * NewFreeNode = (Table*)malloc(sizeof(Table)); // 创建新空闲块NewFreeNode->pid = -1; 				// 初始化新块NewFreeNode->addr = pReturn->addr + size; // 设置新块地址NewFreeNode->size = pReturn->size - size; // 设置新块大小NewFreeNode->status = FREE; 		// 设置新块状态为空闲pReturn->pid = ID; 					// 设置当前块的进程IDpReturn->size = size; 				// 设置当前块的大小pReturn->status = ALLOCATED; 		// 设置当前块的状态为已分配NewFreeNode->Pre_Block = pReturn; 	// 设置新块的前指针NewFreeNode->Next_Block = pReturn->Next_Block; // 设置新块的后指针pReturn->Next_Block = NewFreeNode; 	// 设置当前块的后指针为新块}} else { 									// 如果没有合适的块cout << "内存不足，分配失败" << endl; 	// 打印失败信息}} else { 										// 回收操作int pid;pid = OCPSequence[i][1]; 					// 获取要回收的进程IDprintf("请求回收进程%d，即将释放内存空间%dKB\n", pid, OCPSequence[i][2]); // 打印回收请求信息if (!recycle(pid)) 							// 调用回收函数cout << "进程不存在，回收失败" << endl; // 打印回收失败信息elsecout << "回收成功" << endl; 			// 打印回收成功信息}linkprint(); 									// 打印当前链表状态printf("--------------------------------------------------------------------------------------\n");}cout << endl << endl << endl;
}void CirFirstFit() {Table *Current = NULL; 								// 初始化当前指针为空for (int i = 0; i < SEQUENCELENGTH; i++) { 			// 遍历操作序列if (OCPSequence[i][0] == 1) { 					// 分配操作int ID, size;ID = OCPSequence[i][1]; 					// 获取进程IDsize = OCPSequence[i][2]; 					// 获取请求大小printf("进程%d请求%dKB\n", ID, size); 		// 打印请求信息printf("--------------------------------------------------------------------------------------\n");if ((Current = FindCFF(Current ? Current->Next_Block : Head, size)) != NULL) { // 调用循环首次适应查找函数if (Current->size == size) { 			// 如果块大小正好Current->pid = ID; 					// 设置块的进程IDCurrent->status = ALLOCATED; 		// 设置块的状态为已分配} else { 								// 如果块大小大于请求大小Table * NewFreeNode = (Table*)malloc(sizeof(Table)); // 创建新空闲块NewFreeNode->pid = -1; 				// 初始化新块NewFreeNode->addr = Current->addr + size; // 设置新块地址NewFreeNode->size = Current->size - size; // 设置新块大小NewFreeNode->status = FREE; 		// 设置新块状态为空闲Current->pid = ID;					// 设置当前块的进程IDCurrent->size = size; 				// 设置当前块的大小Current->status = ALLOCATED; 		// 设置当前块的状态为已分配NewFreeNode->Pre_Block = Current; 	// 设置新块的前指针NewFreeNode->Next_Block = Current->Next_Block; // 设置新块的后指针Current->Next_Block = NewFreeNode; 	// 设置当前块的后指针为新块}} else { 									// 如果没有合适的块cout << "内存不足，分配失败" << endl; 	// 打印失败信息}} else { 										// 回收操作int pid;pid = OCPSequence[i][1]; 					// 获取要回收的进程IDprintf("请求回收进程%d，即将释放内存空间%dKB\n", pid, OCPSequence[i][2]); // 打印回收请求信息if (!recycle(pid)) 							// 调用回收函数cout << "进程不存在，回收失败" << endl; // 打印回收失败信息elsecout << "回收成功" << endl; 			// 打印回收成功信息}linkprint(); 									// 打印当前链表状态printf("--------------------------------------------------------------------------------------\n");}cout << endl << endl << endl;
}bool recycle(int pid) {Table *p = Head; 									// 初始化指针p为头节点while (p) { 										// 遍历链表if (p->pid == pid) { 							// 找到匹配的进程IDp->status = FREE; 							// 设置块状态为空闲// 合并相邻的空闲块if (p->Next_Block && p->Next_Block->status == FREE) { // 如果下一块也是空闲Table *next = p->Next_Block; 			// 保存下一块指针p->size += next->size; 					// 合并大小p->Next_Block = next->Next_Block; 		// 更新当前块的后指针if (next->Next_Block) {next->Next_Block->Pre_Block = p; 	// 更新下一块的前指针}free(next); 							// 释放合并的块}if (p->Pre_Block && p->Pre_Block->status == FREE) { // 如果前一块也是空闲Table *prev = p->Pre_Block; 			// 保存前一块指针prev->size += p->size; 					// 合并大小prev->Next_Block = p->Next_Block; 		// 更新前一块的后指针if (p->Next_Block) {p->Next_Block->Pre_Block = prev; 	// 更新当前块的前指针}free(p); 								// 释放合并的块p = prev; 								// 更新指针p为前一块}return true; 								// 返回回收成功}p = p->Next_Block; 								// 移动到下一个块}return false; 										// 如果没有找到匹配的进程ID，返回回收失败
}void linkprint(void) {Table *p = Head; 									while (p) { 									if (p->status == 0) 							cout << "" << p->addr << "~" << p->addr + p->size << ":" << p->status <<  ""; // 打印空闲块信息else 											cout << "" << p->addr << "~" << p->addr + p->size << ":" << p->status << " by " << p->pid << ""; // 打印已分配块信息if (p->Next_Block) 								cout << "-->"; 								p = p->Next_Block; 								}cout << endl; 									
}void HeadReset(void) {Table* p = Head->Next_Block; 			// 初始化指针p为头节点的下一块Table *temp; 							// 声明临时指针while (p) { 							// 遍历链表temp = p->Next_Block; 				// 保存下一块指针free(p); 							// 释放当前块p = temp; 							// 更新指针p为下一块}Head->addr = 100; 						// 重置头节点地址Head->Next_Block = NULL; 				// 重置头节点后指针Head->Pre_Block = NULL; 				// 重置头节点前指针Head->pid = -1; 						// 重置头节点进程IDHead->size = 500; 						// 重置头节点大小Head->status = FREE; 					// 重置头节点状态为空闲
}

三、心灵的救赎

  1. 人间没有永恒的夜晚，世界没有永恒的冬天。
  2. 当生活把无边的严寒铺盖在你身上时，一定会给你一根火柴。
    在这里插入图片描述

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