可变分区存储管理实验报告

### 可变分区存储管理实验报告知识点解析 #### 一、设计内容及要求解析 本实验的主要目的是让学生深入了解操作系统中的动态分区存储管理机制，特别是针对不同的分配算法进行实践操作。具体要求包括： - **理解动态分区分配的数据结构与算法**：通过对首次适应算法、最佳适应算法和最差适应算法的学习，掌握它们的基本原理以及在实际应用中的优缺点。 - **实践编程能力**：使用C++语言实现这些算法，并能够模拟内存分配和回收的过程。 - **增强对动态分区存储管理的理解**：通过实际编写代码并运行程序，加深对动态分区存储管理机制的理解。 #### 二、详细设计解析 ##### 1) 原理概述 - **首次适应算法** (First-fit algorithm): - 分配时，从空闲区表的第一个表目开始查找，直到找到第一个等于或大于所需大小的空闲区为止。 - 如果找到了合适的空闲区，从中分配所需大小的分区给进程，剩余的部分作为新的空闲区保留在空闲区表中。 - 回收时，如果回收的分区与已有的空闲区相邻，则合并这些区域。 - 每次分配和回收后，都需要对空闲区表进行排序，以便后续查找。 - **最佳适应算法** (Best-fit algorithm): - 在分配时，从空闲区表的头部开始查找，寻找最小但能满足要求的空闲区。 - 优点在于避免了对较大空闲区的破坏，使得系统中可以保留较多的大空闲区。 - 缺点是在长时间运行后，可能会留下很多较小的无法使用的空闲区。 - **最差适应算法** (Worst-fit algorithm): - 分配时，总是选择最大的空闲区进行分割，即使这个空闲区远远大于所需大小。 - 这种方法倾向于保持较小的空闲区完整，有利于后续的小分区请求。 - 缺点是可能导致大空闲区被过度分割，形成多个小空闲区，降低存储空间的利用率。 ##### 2) 主要数据结构 为了管理和实现以上算法，需要定义相应的数据结构： - `struct freearea`: 用于表示一个空闲区的信息，包含分区号`ID`、分区大小`size`、分区起始地址`address`以及状态`state`。 - `struct DuLNode`: 定义了一个双向链表节点，用于存储`freearea`类型的元素，同时包含指向前后节点的指针。 ##### 3) 算法流程 - **首次适应算法流程**: - 从空闲区表的第一个节点开始搜索。 - 查找第一个满足条件的空闲区，并分配内存。 - 更新空闲区表。 - **最佳适应算法流程**: - 从头开始遍历空闲区表。 - 找到最佳匹配的空闲区，并分配内存。 - 更新空闲区表。 - **最差适应算法流程**: - 查找最大空闲区，并判断是否满足分配需求。 - 如果满足，分配内存并更新空闲区表。 ##### 4) 实验结果与分析 - **首次适应算法**: - 创建大小为100KB的进程1。 - 优点: 优先利用低地址空间，保证高地址空间的连续性。 - 缺点: 低地址部分容易形成难以再利用的小碎片。 - **最佳适应算法**: - 创建大小为200KB的进程2。 - 优点: 尽可能保留较大的空闲区。 - 缺点: 长时间运行后可能会产生大量无法利用的小空闲区。 - **最差适应算法**: - 创建大小为300KB的进程。 - 优点: 保留较大的空闲区供后续分配。 - 缺点: 容易导致大空闲区的过度分割，降低整体空间利用率。 通过本实验的设计与实现，不仅能够加深对可变分区存储管理方式及其算法的理解，还能够提升学生在操作系统领域中的理论与实践相结合的能力。