操作系统(UNIX内核代码笔记之malloc.c 一)

来源：互联网发布：什么编程语言最难编辑：程序博客网时间：2024/06/06 02:59

暑期在校，每天看些数学和外语，得不到时间正经的写程序。恰好有莱昂氏的UNIX版本6的内核代码分析，考虑到学校从没有训练我们“阅读理解代码”的课程，就决定读下去。这一下子，发现这代码竟如诗句一般，简练而优美。不忍独享，也不知大家可有时间来细分辨这一行一行的“诗”，就想着间或拿出来一点，关系到算法而又不难懂的，与大家共同学习。

这次，我们看一看操作系统存储管理的部分内容。

内存的空间在分配给进程的时候，有几个算法可以为新创建或换进的进程分配空间。当然，我们假设存储管理程序知道要分配的内存大大小。

最简单的算法是首先适配算法（first fit）。存储管理程序沿着内存段链表搜索，直到找到第一个足够大的空闲区，除非空闲区大小和要分配的空间大小正好一样，否则将该区分为两个部分，把一部分分配给进程使用，另一部分仍是未分配区。

下次适配算法（next fit）是对首先适配算法的一个小小改动而来。它的工作方式与首先适配算法相同，不同的是，每次找到合适的空闲区时都记录当时的位置，下次寻找空闲区时就从上次结束的地方开始搜索，而不从头开始。

还有几个算法是常用的。一个是最佳适配算法（best fit），它找出恰好够用的最小的空闲区来分配。当然，如果每次找出够用的最大的空闲区，那就是另外一种算法了。还有一种，就是快速适配算法（quick fit），它给那些常用到的长度的空闲区设立单独的链表。

记得在学操作系统的时候，眼睛都是盯着后面的算法。想实际的操作系统中，使用的应该是它们吧？现在明白了，算法在于实用，简单高效才是最好。

我们看UNIX的内核代码，呵呵，看一看实际的操作系统之算法实现程序。

如下：

/*percy说明：

*此文件乃 malloc.c ，主要过程为 malloc 和 mfree ，

*以对存储资源进行管理。

*编排方式遵照莱昂氏UNIX版本6内核源代码编排方式，

*为原 2500行至 2599行。

*此次编辑器是VS.NET内置编辑器。

* 2003/8/15

*Structrue of the coremap and swapmap

*arrays.Consists of non-zero count

*and base address of that many

*contiguous units.

*(The coremap unit is 64 bytes,

*the swapmap unit is 512 bytes)

*The addresses are increasing and

*the list is terminated with the

*first zero count.

struct map

{

char *m_size;

char *m_addr;

};

/*------------------------------ */

*Allocate size units from the siven

*map.Return the base of the allocated

*space.

*Algorithm is first fit.

malloc(mp,size)

struct map *mp;

{

for (bp=mp; bp->m_size; bp++) {

if (bp->m_size >= size) {

a = bp->m_addr;

bp->m_addr =+ size;

if ((bp->m_size =- size) == 0)

do {

bp++;

(bp-1)->m_addr = bp->m_addr;

} while((bp-1)->m_size = bp->m_size);

return(a);

}

return(0);

}

/*------------------------------ */

*Free the previously allocated space aa

*of size units into the specified map.

*Sort aa into both map and combine on

*one or both ends if possible.

mfree(mp,size,aa)

struct map *mp;

{

a = aa;

for (bp = mp; bp->m_addr<=a && bp->m_size!=0; bp++);

if (bp>mp && (bp-1)->m_addr+(bp-1)->m_size == a) {

(bp-1)->m_size =+ size;

if (a+size == bp->m_addr) {

(bp-1)->m_size =+ bp->m_size;

while (bp->m_size) {

bp++;

(bp-1)->m_addr = bp->m_addr;

(bp-1)->m_size = bp->m_size;

}

} else {

if (a+size == bp->m_addr && bp->m_size) {

bp->m_addr =- size;

bp->m_size =+ size;

} else if (size) do {

t = bp->m_addr;

bp->m_addr = a;

a = t;

t = bp->m_size;

bp->m_size = size;

bp++;

} while (size = t);

}

/*----------------------------------- */

我们选的两个过程，这一次详细看看malloc，您来看一下，这是个首先适配算法的实现。

for (bp=mp; bp->m_size; bp++) {

if (bp->m_size >= size) {

a = bp->m_addr;

bp->m_addr =+ size;

/*----------------------------------------------------*/

/* 如果这里判断不为0 ……*/

if ((bp->m_size =- size) == 0)

do {

bp++;

(bp-1)->m_addr = bp->m_addr;

} while((bp-1)->m_size = bp->m_size);

/*----------------------------------------------------*/

return(a);

}

return(0);

如果那里判断不为0，说明寻到的空闲区比要分配的空间大，在内存中可能是这个情况：

则执行的是：

a = bp->m_addr;

bp->m_addr =+ size;

/*事实上还有这一句，在if判断里的，您可不要忘了*/

bp->m_size =- size;

return(a);

如果空闲区和要分配的空间一样大，那么有点麻烦了，因为mp链表就需要您来整理了，内存中的情况可能如下：

看操作（do-while）：

if ((bp->m_size =- size) == 0)

do {

bp++;

(bp-1)->m_addr = bp->m_addr;

} while((bp-1)->m_size = bp->m_size);

这样才算把这一空间分配出去。

这一段程序，想有点c语言基础的都能看的明白，可是，您若想修改它，那可不容易。就这个算法来讲，写的几乎已无可改处。可是，它又在整个系统中（UNIX6），扮演如此重要的角色。我常常的想，如果我写程序能如此，则有何憾？！

另外的一个过程，是mfree，就有点麻烦了，我们下次就说说它；可是现在，您能动手分析一下它吗？

最后要说的是，您不妨准备准备，咱们来修改一下操作系统的内核。呵呵，分配算法就改为最佳适配算法（best fit）吧，这个程序应该如何写呢？