实验2：可变分区存储管理

作业一实验一 ：可变分区存储管理（一） 实验题目编写一个C 程序，用char *malloc(unsigned size)函数向系统申请一次内存空间（如size=1000，单位为字节），模拟可变分区内存管理，实现对该内存区的分配和释放管理。

（二） 实验目的1．加深对可变分区的存储管理的理解；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。

（三）程序代码 #include<malloc.h> #include<stdio.h> #include<string.h>#define new(type) (type *)malloc(sizeof(type))typedef struct _map {unsigned int size; char *address; struct _map *next; struct _map *prev;(a)(b)(c)(d)图2-9释放区与前后空闲区相邻的情况} map;typedef map *pmap;typedef struct _mem{unsigned int totalSize;char* space;pmap head;pmap cMap;} mem;typedef mem *pmem;pmem createMem(unsigned int to_size) //创建内存区域{pmem newMem=new(mem);pmap newHead=new(map);newMem->totalSize=to_size;newHead->size=to_size;newHead->address=newMem->space;newHead->next=newHead;newHead->prev=newHead;newMem->head=newHead;newMem->cMap=newHead;return newMem;}void freeMem(pmem m){pmap map,cMap;pmap head=m->head;free(map->address);for(map=head;map->next!=head;){cMap=map;map=cMap->next;free(cMap);}free(m);}char* lmalloc(pmem cMem,unsigned int size) //分配函数{if(size>1000){printf("内存容量超出范围!\n"); //当需要分配的内存空间已经大于实际空间时出错}else{pmap p=cMem->cMap;char* rAddr;if(size==0)return NULL;while(p->size<size){if(p->next==cMem->cMap)return NULL;p=p->next;}rAddr=p->address;p->size-=size;p->address+=size;if(p->size==0){p->prev->next=p->next;p->next->prev=p->prev;cMem->cMap=p->next;if(cMem->head==p)cMem->head=p->next;if(p->next!=cMem->head)free(p);}else{cMem->cMap=p;}return rAddr;}}void lfree(pmem m,unsigned int size,char* addr) //释放函数{pmap nextMap,prevMap,newMap;if(addr<m->space || addr>=m->space+m->totalSize){fprintf(stderr,"地址越界\n"); //释放空间时，大小输入出错return;}nextMap=m->head;while(nextMap->address<addr){nextMap=nextMap->next;if(nextMap==m->head)break;}prevMap=nextMap->prev;if(nextMap!=m->head && prevMap->address+prevMap->size==addr) //第一种情况{prevMap->size+=size;if(addr+size==nextMap->address) //第二种情况{prevMap->size+=nextMap->size;prevMap->next=nextMap->next;prevMap->next->prev=prevMap;if(nextMap==m->cMap){m->cMap=prevMap;}free(nextMap);nextMap=NULL;}}else{if(addr+size==nextMap->address) //第三种情况{nextMap->address-=size;nextMap->size+=size;}else //第四种情况{newMap=new(map);newMap->address=addr;newMap->size=size;prevMap->next=newMap;newMap->prev=prevMap;newMap->next=nextMap;nextMap->prev=newMap;if(nextMap==m->head)m->head=newMap;}}}void printMem(pmem m) //打印函数{pmap map=m->head;printf("\空闲内存空间:\n\-----------------------\n\大小起始地址\n");do{if(map==m->cMap)printf("-> ");elseprintf(" ");printf("%10u %10u\n",map->size,map->address);map=map->next;}while(map!=m->head);printf("-----------------------\n");}void main() //主函数{printf("--------------------------------------------------------\n");printf("请选择操作：分配内存(m) or 释放内存(f) or 打印内存表(p)\n");printf("--------------------------------------------------------\n");typedef enum{cmdMalloc,cmdFree,cmdPrint,cmdHelp,cmdQuit,cmdInvalid} cmdType; pmem m=createMem(1000);char cmd[20];char *addr;unsigned int size;cmdType type;while(1){scanf("%s",cmd);if(cmd[1]=='\0'){switch(cmd[0]){case 'm':case 'M':type=cmdMalloc;break;case 'f':case 'F':type=cmdFree;break;case 'p':case 'P':type=cmdPrint;break;}}else{if(!strcmp(cmd,"malloc"))type=cmdMalloc;else if(!strcmp(cmd,"free"))type=cmdFree;else if(!strcmp(cmd,"print"))type=cmdPrint;}switch(type){case cmdMalloc:scanf("%u",&size);lmalloc(m,size);printMem(m);break;case cmdFree:scanf("%u %u",&size,&addr);lfree(m,size,addr);printMem(m);break;case cmdPrint:printMem(m);break;return;}}}（四）程序结果。

实验二、可变分区存储管理一、实验目的1．加深对可变分区的存储管理的理解；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。

二、实验内容参照教材P25-P26页内容，编写一个C 程序，用char *malloc(unsigned size)函数向系统申请一次内存空间（如size=1000，单位为字节），用循环首次适应法addr = (char *)lmalloc(unsigned size) 和lfree(unsigned size,char * addr)模拟UNIX 可变分区内存管理，实现对该内存区的分配和释放管理。

三、实验要求分配函数lmalloc 的参数size 和释放函数lfree 的参数size、addr，要以键盘命令的形式输入，每次分配和释放后显示自己的空闲存储区表。

空闲存储区表可采用结构数组的形式（最低要求）或双向链接表的形式，建议采用的数据结构为：struct map{unsigned m_size;char * m_addr;};struct map{unsigned m_size;char *m_addr;struct map *next, *prior；};整个系统的基本框架为程序结束前将整个存储区归还给系统。

四、实验注意事项键盘命令的简单形式如：m[alloc] 100 [enter] 通过lmalloc 函数申请100 字节的内存空间。

f[ree] 100 2567899 [enter] 通过lfree 函数释放起始地址为2567899 的那个内存区，该地址先前通过lmalloc 申请的有效存储区地址。

命令输入可用C语言函数scanf (“%c”, &cmdchar); cmdchar =getchar ( )或scanf (“%s”, &cndstring)后跟scanf (“%u”, &size)或scanf (“%u %u”, &size, &addr)。

可变分区存储管理及可重定位分区存储管理实验报告一、实验目的与要求通过消化理解模拟管理程序，了解存储器的分配与回收过程，体会相关数据结构在实现管理算法中的重要性。

输入一到两组实验数据，观察分配与回收的处理结果，特别是回收时邻接空闲分区的合并处理，检测其算法的正确性。

二、算法思想1、可变分区存储管理（1）算法实现a.分配：查空闲分区链表b.回收：考虑邻接合并（2）实验过程：输入操作命令代码a.分配：输入作业号及作业长度（已建立作业不重复建立）b.回收：输入作业号（不存在作业不释放空间）c .可查看空闲链表情况（检测分配、回收正确性）d.可查看作业表情况（检测分配、回收正确性）2、可重定位分区存储管理在前述可变分区存储管理实验基础上修改实现，即遇大作业存在碎片不够分配时进行合并处理。

注：实现拼接（移动，合并）：设立按作业地址排列的有序链表，即用静态链表实现（作业表增加静态链仿真指针），在此基础上按地址从小到大顺序依次向前移动（紧凑处理）。

三、算法实现（可重定位分区存储管理）1、修改相关数据结构（1）作业表增加链接仿真指针int next；分量（2）构造有序静态链表（初始化时next均赋值-1）（3）增加静态链首指针Linkp及空闲总容量计数变量size（注：初始化时Linkp=-1，size=n）2、修改分配函数判断新建立作业长度是否小于等于空闲总容量size值。

若无足够大分区，则先进行合并处理后再分配；若有足够大分区，则按可变分区分配算法处理；若作业长度超过总空闲容量，则产生溢出（无内存）。

3、增加插入排序操作函数（sort_tab（））分配新作业空间，则按新作业分区首地址大小，将作业表表项插入静态链表。

回收时，还必须从中删除。

4、增加拼接（移动）操作函数（compact（））主要是修改作业表表目内容及空闲分区链表，用模拟操作函数move（）进行模拟搬家前移。

5、增加显示静态链表内容的较出操作函数（printsorttab（））四、算法流程1、可变分区存储管理(1)主程序（main（）函数）(2)分配程序（allocm（）函数）(3)回收程序（freem（）函数）(4)显示空闲分区链表及作业表程序（printlink（）及printtab（）函数）注：主程序（main（）函数）分配程序（allocm（）函数）回收程序（freem（）函数）有四种情形（假定回收区首地址=> addr，长度=> length）(1)空闲分区链表空，或不与任何空闲区邻接=> 分配新结点空间，存入回收作业首地址及长度插入空闲分区链（链首，链中，链尾）(2)回收分区与后一空闲分区相邻接=> 进行后邻接合并(3)回首分区与前一空闲分区相邻接(4)回收分区与前同时又与后空闲分区相邻接=> 需进行三个分区合并，并删除一个空闲分区结点注：除了修改空闲分区链表，还要修改作业表（清除flag标志）2、可重定位分区存储管理(1)分配程序（修改allocm（）函数）(2)回收程序（修改freem（）函数）(3)有序静态链表插入操作程序（sort_tab（）函数）(4)拼接（移动）操作程序（compact（）函数）(5)输出有序静态链表操作程序（printsorttab（）函数）注：分配程序（修改allocm（）函数）n,l输出作业已建立提示串，返回内存容量不够，返回置新作业作业表作业地址（分配空间）提示操作者输入新建作业的作业号及长度作业n已建立？l≤size？NYNY分配作业表表项，填入作业长度，置标志为1，总空闲容量减去l查空闲分区链表查到表尾？调用拼接操作函数compact（）进行拼接处理Y分区大小=lNYN分区大小>lY修改空闲分区链表（size= l，空闲链为空（一起分配），size> l ,分割分配）作业表表目插入有序静态链表返回切割分配分区空间，修改分区链表作业表表目插入有序静态链表分区整体分配,修改分区链（删除结点）作业表表目插入有序静态链表返回查下一分区N回收程序（修改freem（）函数）有序静态链表插入操作程序（sort_tab（））拼接（移动）操作程序（compact（））五、实验步骤1、可变分区存储管理(1)消化实验算法程序(2)组织上机实验数据(3)第一组：指定(4)第二组：自定（要求能测试各种情形）(5)输入上机程序，编译，运行，记录各操作步骤的运行结果（通过显示空闲分区链表及作业表）2、可重定位分区存储管理(1)阅读相关算法程序(2)组织调试数据（必须包含需合并的操作）(3)上机运行、调试（测试），记录运行情况，分析运行结果六、实验运行情况分析1、可变分区存储管理(1)操作程序1a.分配作业1（80k），作业3（30k），作业8（50k），作业5（140k），作业9（50k），作业6（100k），作业4（50k）b.观察（记录）空闲表及作业表情况c.回收作业8，观察结果d.分配作业7（80k），观察结果e.回收作业6, 回收作业1, 观察结果f分配作业10（120k），观察运行情况g,回收作业7，作业3，作业5，观察各次结果(2)操作程序2a.分配作业1（100k）、作业2（50k）、作业3（50k）、作业4（80k）、作业5（120k），观察结果b.回收作业4c.分配作业6（90k）d.回收作业3 f.分配作业7（140k）2、可重定位分区存储管理(1)操作程序1a.分配作业1（80k），作业3（30k），作业8（50k），作业5（140k），作业9（50k），作业6（100k），作业4（50k）b.观察（记录）空闲表及作业表情况c.回收作业8，观察结果d.分配作业7（80k），观察结果e.回收作业6, 回收作业1, 观察结果f 分配作业10（120k ），观察运行情况g,回收作业7，作业3，作业5，观察各次结果(2)操作程序2a.分配作业1（100k）、作业2（50k）、作业3（50k）、作业4（80k）、作业5（120k），观察结果b.回收作业4c.分配作业6（90k）d.回收作业3 f.分配作业7（140k ）七、实验总结通过这次实验，我掌握了可变分区存储管理及可重定位分区存储管理的具体方法，对书本上的理论知识有了更深刻的认识。

沈阳工程学院
学生实验任务书
实验室名称：计算机实验室实验课程名称：操作系统
实验项目名称：存储管理（1）
一．实验目的
通过编写和调试存储管理的模拟程序以加深对存储管理方案的理解，熟悉可变分区存储管理的内存分配和回收。

二．实验设备
PC机一台，WIN-TC软件。

三．实验项目
编写程序实现采用可变分区方法管理内存。

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。

·1·。

可变分区内存管理实习
操作系统实验
1．基本思想
可变分区是指系统不预先划分固定分区，而是在装入程序的时候划分内存区域，使得为程序分配的分区大小恰好等于该程序的需求量，且分区的个数是可变的。

显然可变分区有较大的灵活性，较之固定分区能获得好的内存利用率。

2．数据结构
可变分区管理可以用两种数据结构实现，一种是已分配区表和空闲区表，也就是用预先定义好的系统空间来存放空间分配信息。

另一种也是最常用的就是空闲链表，由于对分区的操作是动态的，所以很难估计数据结构所占用的空间，而且空闲区表会占用宝贵的系统空间，所以提出了空闲链表的概念。

其特点是用于管理分区的信息动态生成并和该分区在物理地址上相邻。

这样由于可以简单用两个空闲块之间的距离定位已分配空间，不仅节约了系统空间，而且不必维护已分配空间的信息。

下图是空闲链表的示意图。

2．实习要求
请实现一个完整的可变分区管理器，包括分配，回收，分区碎片整理等。

希望考虑如下问题：
⏹容错性，当操作出现错误，比如空间不足，空指针引用等的情况下的处理。

⏹空闲块的合并。

⏹已分配空间的跟踪。

当做碎片整理时，需要跟踪分配的空间，修改其引用以保证引用的
正确性。

实验2 可变分区管理一、存储管理背景知识1. 分页过程2. 内存共享3. 未分页合并内存与分页合并内存4. 提高分页性能耗尽内存是Windows系统中最常见的问题之一。

当系统耗尽内存时，所有进程对内存的总需求超出了系统的物理内存总量。

随后，Windows必须借助它的虚拟内存来维持系统和进程的运行。

虚拟内存机制是Windows操作系统的重要组成部分，但它的速度比物理内存慢得多，因此，应该尽量避免耗尽物理内存资源，以免导致性能下降。

解决内存不足问题的一个有效的方法就是添加更多的内存。

但是，一旦提供了更多的内存，Windows很可以会立即“吞食”。

而事实上，添加更多的内存并非总是可行的，也可能只是推迟了实际问题的发生。

因此，应该相信，优化所拥有的内存是非常关键的。

1. 分页过程当Windows求助于硬盘以获得虚拟内存时，这个过程被称为分页(paging) 。

分页就是将信息从主内存移动到磁盘进行临时存储的过程。

应用程序将物理内存和虚拟内存视为一个独立的实体，甚至不知道Windows使用了两种内存方案，而认为系统拥有比实际内存更多的内存。

例如，系统的内存数量可能只有16MB，但每一个应用程序仍然认为有4GB内存可供使用。

使用分页方案带来了很多好处，不过这是有代价的。

当进程需要已经交换到硬盘上的代码或数据时，系统要将数据送回物理内存，并在必要时将其他信息传输到硬盘上，而硬盘与物理内存在性能上的差异极大。

例如，硬盘的访问时间通常大约为4-10毫秒，而物理内存的访问时间为60 us，甚至更快。

2. 内存共享应用程序经常需要彼此通信和共享信息。

为了提供这种能力，Windows必须允许访问某些内存空间而不危及它和其他应用程序的安全性和完整性。

从性能的角度来看，共享内存的能力大大减少了应用程序使用的内存数量。

运行一个应用程序的多个副本时，每一个实例都可以使用相同的代码和数据，这意味着不必维护所加载应用程序代码的单独副本并使用相同的内存资源。

河北联合大学20XX-20XX学年第二学期操作系统课程上机实验报告班级学号姓名成绩指导教师卢朝辉信息工程学院计算机系实验2：可变分区存储管理程序模拟实验目的：编写程序来模拟计算机的四种调度方式：（1）最佳适应算法（2）最坏适应算法（3）首次适应算法（4）下次适应算法程序设计：因为该实验室在上个个实验的基础上写的对类做了以下调整：Job类：加了一个属性int needSize; //所需内存大小jobList类：给needSize赋初值sortm类：该类是新加的，用于管理内存。

public class sortm{int jobId; int start; int end;}程序算法介绍：(1)进内存函数算法图：（2）首次适应、最坏适应、首次适应、下次适应算法图中给出的是最差适应，worstfitposition的值指的是下个作业放在谁后面。

图中作业job13进入内存时，最好位置为10，最坏为2，因为是最坏算法。

所以Job13去列表第2的后面。

排在3的位置。

程序源码：public static void inlist_1(int currentTime,ArrayList jobl){ Iterator it= jobl.iterator(); //遍历当前已经生成的作业int delnum=0; //记录进内存的作业数while(it.hasNext()){ Job l=(Job)it.next(); //取第一条作业if(currentTime==0) //当前时间为0，去第一条作业，推出循环。

{ sortjworst(l);jl.add(l);//wei//System.out.println("add"+l.jobId);delnum++;break;}if(l.createTime<currentTime) //当前作业时间小于创建时间{ if(sortjworst(l)) //看能否进内存{jl.add(l); //进内存，进就绪队列delnum++; //数目加1else //不能进退出循环{break; }}else{if(jl.size()==0) //大于当前时间，就绪队列没作业{sortjworst(l); //进内存，进就绪队列jl.add(l);delnum++;} //数目加1else{break; } //不能进退出}}for(int i=0;i<delnum;i++) //删除等待队列已经进就绪的作业{jobl.remove(0); }}。

操作系统存储管理实验报告一、实验目的操作系统的存储管理是计算机系统中非常重要的组成部分，它直接影响着系统的性能和资源利用率。

本次实验的目的在于深入理解操作系统中存储管理的基本原理和方法，通过实际操作和观察，掌握存储分配、回收、地址转换等关键技术，并对不同存储管理策略的性能进行分析和比较。

二、实验环境本次实验在 Windows 10 操作系统下进行，使用 Visual Studio 2019 作为编程环境，编程语言为 C+＋。

三、实验内容（一）固定分区存储管理1、原理固定分区存储管理将内存空间划分为若干个固定大小的分区，每个分区只能装入一道作业。

分区的大小可以相等，也可以不等。

2、实现创建一个固定大小的内存空间数组，模拟内存分区。

为每个分区设置状态标志（已分配或空闲），并实现作业的分配和回收算法。

3、实验结果与分析通过输入不同大小的作业请求，观察内存的分配和回收情况。

分析固定分区存储管理的优缺点，如内存利用率低、存在内部碎片等。

（二）可变分区存储管理1、原理可变分区存储管理根据作业的实际需求动态地划分内存空间，分区的大小和数量是可变的。

2、实现使用链表或数组来管理内存空间，记录每个分区的起始地址、大小和状态。

实现首次适应、最佳适应和最坏适应等分配算法，以及分区的合并和回收算法。

3、实验结果与分析比较不同分配算法的性能，如分配时间、内存利用率等。

观察内存碎片的产生和处理情况，分析可变分区存储管理的优缺点。

（三）页式存储管理1、原理页式存储管理将内存空间和作业都划分为固定大小的页，通过页表将逻辑地址转换为物理地址。

2、实现设计页表结构，实现逻辑地址到物理地址的转换算法。

模拟页面的调入和调出过程，处理缺页中断。

3、实验结果与分析测量页式存储管理的页面置换算法（如先进先出、最近最少使用等）的命中率，分析其对系统性能的影响。

探讨页大小的选择对存储管理的影响。

（四）段式存储管理1、原理段式存储管理将作业按照逻辑结构划分为若干个段，每个段有自己的名字和长度。

存储器管理（二）一、目的本课题实验的目的是，使学生实验存储器管理系统的设计方法；加深对所学各种存储器管理方案的了解；要求采用一些常用的存储器分配算法，设计一个存储器管理模拟系统并调试运行。

二、题目存储器管理三、要求及提示1、要求采用一种常用的存储器分配算法，设计一个存储器管理模拟系统。

允许进行多次的分配和释放，并可向用户反馈分配和释放情况及当前内存的情况；采用“命令菜单”选择和键盘命令输入的会话方式，根据输入请求调用分配模块，或回收模块，或内存查询模块，或最终退出系统。

2、编程实现。

3、工具：C语言或其它高级语言4、实验时间：3学时四、实验报告1、写出存储器管理的思想。

2、画出算法流程图和设置的数据结构。

3、写出调试程序出现的问题及解决的方法。

4、打印实验报告及程序清单。

5、报告给出测试的结果。

五、范例采用可变分区存储器管理方案的模拟系统。

1、问题描述该模拟系统的外部特性与真实系统基本一样。

存储分配算法采用首次适应法。

用“拼，接”和“紧凑”技术来处理存储器碎片。

2、算法存储分配算法采用首次适应（FF）法。

根据指针freep查找自由链，当找到第一块可满足分配请求的空闲区时便分配之。

当某空闲区被分配后的剩余空闲区空间大于规定的碎片最小容量min时，则形成一个较小的空闲区留在自由链中。

回收时，根据MAT将指定分区链入自由链。

若该分区有前邻或后邻空闲分区，则将他们拼接成一块加大的空闲区。

当某个分配请求不能被满足，但此时系统中所有碎片总量满足分配请求的容量时，系统立即进入内存“紧凑”以消除碎片。

即将各作业占用区集中下移到用户内存区的下部（高地址部分），形成一片连接的作业区，而在用户内存区的上部形成一块较大的空闲区。

然后再进行分配。

本系统的主要程序模块包括：分配模块ffallocation，回收模块ffcolection，紧凑模块coalesce及命令处理模块menu。

Menu用以模拟系统的输入，采用“命令菜单”选择和键盘命令输入的会话方式，根据输入请求调用分配模块，或回收模块，或内存查询模块，或最终退出系统。

实验二、可变分区存储管理一、实验目的熟悉主存的分配与回收。

理解在不同的存储管理方式下，如何实现主存空间的分配与回收。

掌握动态分区分配方式中的数据结构和分配算法及动态分区存储管理方式及其实现过程。

二、实验内容和要求主存的分配和回收的实现是与主存储器的管理方式有关的。

所谓分配，就是解决多道作业或多进程如何共享主存空间的问题。

所谓回收，就是当作业运行完成时将作业或进程所占的主存空间归还给系统。

可变分区管理是指在处理作业过程中建立分区，使分区大小正好适合作业的需求，并且分区个数是可以调整的。

当要装入一个作业时，根据作业需要的主存量查看是否有足够的空闲空间，若有，则按需要量分割一个分区分配给该作业；若无，则作业不能装入，作业等待。

随着作业的装入、完成，主存空间被分成许多大大小小的分区，有的分区被作业占用，而有的分区是空闲的。

实验要求使用可变分区存储管理方式，分区分配中所用的数据结构采用空闲分区表和空闲分区链来进行，分区分配中所用的算法采用首次适应算法、最佳适应算法、最差适应算法三种算法来实现主存的分配与回收。

同时，要求设计一个实用友好的用户界面，并显示分配与回收的过程。

同时要求设计一个实用友好的用户界面,并显示分配与回收的过程。

三、实验主要仪器设备和材料实验环境硬件环境：IBM-PC或兼容机软件环境：VC++ 6.0四、实验原理及设计分析某系统采用可变分区存储管理，在系统运行当然开始，假设初始状态下，可用的内存空间为640KB，存储器区被分为操作系统分区（40KB）和可给用户的空间区（600KB）。

（作业1 申请130KB、作业2 申请60KB、作业3 申请100KB 、作业2 释放60KB 、作业4 申请200KB、作业3释放100KB、作业1 释放130KB 、作业5申请140KB 、作业6申请60KB 、作业7申请50KB）当作业1进入内存后，分给作业1（130KB），随着作业1、2、3的进入，分别分配60KB、100KB，经过一段时间的运行后，作业2运行完毕，释放所占内存。