OS 内存管理

• 实验目的
• 通过实验加强对内存管理方法的理解和掌握。
• 实验内容
  编写程序实现采用可变分区方法管理内存。
• 实验要求
  1、在该实验中，采用可变分区方式完成对存储空间的管理（即存储空间的分配与回收工作）。
  2、设计用来记录主存使用情况的数据结构：已分区表和空闲分区表或链表。
  3、在设计好的数据结构上设计一个主存分配算法。
  4、在设计好的数据结构上设计一个主存回收算法。其中，若回收的分区有上邻空闲分区和（或）下邻空闲分区，要求合并为一个空闲分区登记在空闲分区表的一个表项里。
  5、（附加）若需要可以实现程序的浮动，对内存空间进行紧凑。
• 内存管理算法：
  
  • 数据结构
    
    • 模拟中申请一个较大的buff(char buf[1024]),模拟程序的内存非配地址为buf的编号(0-1023)。
    • m {int pre;int len;int used;int flag;}
    • pcb {int pid;m mem;}
    • list mfree 空闲分区表
    • list mused 已分配分区表
  • 分配算法
    遍历空闲分区表，满足即分配。
  • 回收合并算法
    合并类型
    
    • up & down
    • up
    • down
    • just insert
  • 紧缩操作
    
    • 对空闲分区链表排序（升序）
    • 复制分区内容从　buf[0]开始,并更新已分配表分区的起始地址
    • 清空空闲分区表，插入buf剩余大小的一个分区

• code:

   #include<iostream> #include<iostream> #include<cstring> #include<cstdio> #include<list>using namespace std;//管理的内存空间const int MAX=200;char buf[MAX];struct DM{    //上界+长度    int pre;    int len;    //使用标志    int used;    //分配标志,flag=-1分配失败    int flag;};struct PCB{    int pid;//进程号    DM mem;//内存分配，表示从buf制定一段长度给该pcb           //内存紧缩，仅考虑新创建进程内存不足时，对mem进行紧缩（copy）};//pcb中使用new list直接使用dm//内存管理list<DM>mused;list<DM>mfree;//进程信息list<PCB>pcb;//内存分配 MD.flag==-1:errorDM allocate(int len){    DM getone;    getone.flag=-1;    cout<<mfree.size()<<endl;    //轮寻空闲分区表，满足即分配    for(list<DM>::iterator it=mfree.begin();it!=mfree.end();it++)    {        if(it->len>len)        {            cout<<it->len<<"-"<<len<<endl;            getone.pre=it->pre;            getone.len=len;            getone.used=1;            mused.push_back(getone);            getone.flag=0;            it->pre+=len;            it->len-=len;            if(it->len==0)              mfree.erase(it);        }    }    return getone;}//real time merge ,so do not need to iterate or recurse//free from used//内存释放与回收void del(DM m){    //从free list中查找pos=pre|pre+len    //1.up merge    //2.down merge    //3.up&down merge    //4.do not need to merge    //查找上　和　下　相邻    cout<<"mem del..."<<endl;    list<DM>::iterator up=mfree.end();    list<DM>::iterator next=mfree.end();    list<DM>::iterator cur=mused.end();    //在已分配分区表中，找到该分区    for(list<DM>::iterator it=mused.begin();it!=mused.end();it++)      if(it->pre==m.pre)      {          cur=it;          break;      }    //不存在该分区    if(cur==mused.end())    {        cout<<"error:can not find mem in used"<<endl;        return;    }    //空闲分区查找是否存在上空闲和下空闲分区    for(list<DM>::iterator it=mfree.begin();it!=mfree.end();it++)    {        if(it->pre+it->len==m.pre)          up=it;        else if(it->pre==m.pre+m.len)          next=it;        else if(up!=mfree.end()&&next!=mfree.end())          break;    }    //合并 四种类型    cout<<"merge type:"<<endl;    if(up!=mfree.end()&&next!=mfree.end())    {        cout<<"up & down"<<endl;        up->len+=cur->len;        up->len+=next->len;        mfree.erase(next);        //up down    }else if(up!=mfree.end())    {        cout<<"up"<<endl;        up->len+=cur->len;        //up    }else if(next!=mfree.end())    {        cout<<"down"<<endl;        next->pre=cur->pre;        next->len+=cur->len;        //down    }else    {        cout<<"insert"<<endl;        mfree.push_back(*cur);    }    //在已分配表中删除该分区    mused.erase(cur);}bool ascend(DM a,DM b){    return a.pre<b.pre;}//紧缩操作void compact(){    cout<<"compact before:"<<endl;    for(int i=0;i<100;i++)      cout<<buf[i]<<" ";    cout<<endl;    //对used list 排序,从小开始紧缩    mused.sort(ascend);    int pos=0;    //直接对按地址从小到大排好序的分区移动    for(list<DM>::iterator it=mused.begin();it!=mused.end();it++)    {        strcpy(buf+pos,buf+it->pre);        it->pre=pos;        pos+=it->len;    }    //删除所有的空闲分区，重新添加整合后的一个空闲分区    mfree.clear();    DM mf;    mf.pre=pos;    mf.len=MAX-pos;    mfree.push_back(mf);    cout<<"compact after:"<<endl;    for(int i=0;i<100;i++)      cout<<buf[i]<<" ";    cout<<endl;}/* * procedure: * loop: * create process and make sure the mem size  * input some strings * when the mem size is not enough *    then compact * * */void show(){    cout<<endl;    cout<<"status:"<<endl;    cout<<"pcb:\t mfree:\t mused:"<<endl;    cout<<pcb.size()<<"\t"<<mfree.size()<<"\t"<<mused.size()<<endl;    cout<<endl;}int main(){    DM membuf;    membuf.pre=0;    membuf.len=MAX;    membuf.used=0;    mfree.push_back(membuf);    PCB pcb_tmp;    int len,w,pid;    char tmp[100];    show();    //freopen("in","r",stdin);    while(true)    {        cout<<"------------------------"<<endl;        cout<<"create 0 pidnum or kill 1 pidnum or compact 2 or 3 exit"<<endl;        cin>>w;        if(w==0)        {            cout<<"create process ,input(pid,mem size,brief)"<<endl;            cin>>pcb_tmp.pid>>pcb_tmp.mem.len>>tmp;            if(strlen(tmp)>pcb_tmp.mem.len)            {                //内存使用不能超出所申请的大小              cout<<"error:mem overflow"<<endl;              continue;            }            //分配指定大小内存            pcb_tmp.mem=allocate(pcb_tmp.mem.len);            if(pcb_tmp.mem.flag==0)//successful            {                //加入pcb管理                pcb.push_back(pcb_tmp);                //copy 将进程内容复制到申请的内存中                strcpy(buf+pcb_tmp.mem.pre,tmp);                cout<<"mem content:"<<buf+pcb_tmp.mem.pre<<endl;            }else            {              cout<<"allocate mem error"<<endl;              continue;            }        }else if(w==1)        {            //杀死进程，模拟内存回收            cout<<"input pid"<<endl;            cin>>pcb_tmp.pid;            cout<<"kill---"<<pcb_tmp.pid<<endl;            list<PCB>::iterator it=pcb.begin();            //找到该pcb            for( ;it!=pcb.end();it++)            {                if(it->pid==pcb_tmp.pid)                {                    break;                }            }            del(it->mem);            pcb.erase(it);            //free        }else if(w==2)        {            //compact            cout<<"compact"<<endl;            compact();        }else          break;        show();    }    //free all mems    return 0;}

• 测试数据

  input:01 10 aaa02 10 bbb 03 10 ccc 04 10 ddd 1 223output:测试内存浮动status:pcb:     mfree:  mused:0   1   0------------------------create 0 pidnum or kill 1 pidnum or compact 2 or 3 exitcreate process ,input(pid,mem size,brief)1200-10mem content:aaastatus:pcb:     mfree:  mused:1   1   1------------------------create 0 pidnum or kill 1 pidnum or compact 2 or 3 exitcreate process ,input(pid,mem size,brief)1190-10mem content:bbbstatus:pcb:     mfree:  mused:2   1   2------------------------create 0 pidnum or kill 1 pidnum or compact 2 or 3 exitcreate process ,input(pid,mem size,brief)1180-10mem content:cccstatus:pcb:     mfree:  mused:3   1   3------------------------create 0 pidnum or kill 1 pidnum or compact 2 or 3 exitcreate process ,input(pid,mem size,brief)1170-10mem content:dddstatus:pcb:     mfree:  mused:4   1   4------------------------create 0 pidnum or kill 1 pidnum or compact 2 or 3 exitinput pidkill---2mem del...merge type:insertstatus:pcb:     mfree:  mused:3   2   3------------------------create 0 pidnum or kill 1 pidnum or compact 2 or 3 exitcompactcompact before:a a a        b b b        c c c        d d d                                                                    compact after:a a a        c c c        d d d        d d d                                                                    status:pcb:     mfree:  mused:3   1   3------------------------create 0 pidnum or kill 1 pidnum or compact 2 or 3 exit