操作系统之 动态分区分配与回收

算法思想：
1.分区的个数和大小不是固定不变的，而是可变的，随装入的作业动态划分，且不会产生内部碎片。
2.外部碎片：
频繁的分配与回收物理页面会导致大量的、连续且小的页面块夹杂在已分配的页面中间，就会产生外部碎片。
3.首次适应算法：
在分配内存时，从链首开始顺序查找，直到找到一个大小能满足要求的空闲分区为止。然后再按照作业的大小，从该分区中划分出一块内存空间，分配给请求者，余下的空闲分区仍留在空闲链中。若从链首直至链尾都不能找到一个能满足要求的分区，则表明系统中已没有足够大的内存分配给该进程，内存分配失败，返回。
4.最佳适应算法：
所谓“最佳”是指，每次分配内存时，总能把满足要求，又是最小的空闲分区分配给作业，避免大材小用。为了加速寻找，该算法要求将所有的空闲分区按照容量由小到大的顺序形成一条空闲分区链。这样，第一次找到的能满足要求的空闲区必然时最佳的。
5.分区分配中的内存回收有四种情况：
（1）回收分区与插入点的前一个空闲分区相邻接。
（2）回收分区与插入点的后一个空闲分区相邻接。
（3）回收分区同时与插入点的前后两个分区邻接。
（4）回收分区既不与前一个分区邻接，也不与后一个分区邻接。

程序流程图

源代码：

#include 
using namespace std;

#define FREE 0
#define  BUSY 1
#define  MAX_length 640

typedef struct freeArea//首先定义空闲区分表结构
{
	int flag;
	int size;
	int ID;
	int address;
}Elemtype;

typedef struct Free_Node
{
	Elemtype date;
	struct Free_Node* front;
	struct Free_Node* next;
}Free_Node, * FNodeList;

FNodeList block_first;
FNodeList block_last;
int alloc(int tag);//内存分配
int free(int ID);//内存回收
int first_fit(int ID, int size);//首次适应算法
int best_fit(int ID, int size);//最佳适应算法
void show();//查看分配
void init();//初始化
void Destroy(Free_Node* p);//销毁节点
void menu();
void init()//
{
	block_first = new Free_Node;
	block_last = new Free_Node;
	block_first->front = NULL;
	block_first->next = block_last;
	block_last->front = block_first;
	block_last->next = NULL;
	block_last->date.address = 0;
	block_last->date.flag = FREE;
	block_last->date.ID = FREE;
	block_last->date.size = MAX_length;
}

//实现内存分配
int alloc(int tag)
{
	int ID, size1;
	cout << "请输入作业号：";
	cin >> ID;
	cout << "请输入所需内存大小：";
	cin >> size1;
	if (ID <= 0 || size1 <= 0)
	{
		cout << "ERROR,请输入正确的ID和请求大小" << endl;
		return 0;
	}

	if (tag == 1)//采用首次适应算法
	{
		if (first_fit(ID, size1))
		{
			cout << "分配成功！" << endl;
		}
		else cout << "分配失败！" << endl;
		return 1;
	}
	else
	{
		if (best_fit(ID, size1))
		{
			cout << "分配成功！" << endl;
		}
		else cout << "分配失败！" << endl;
		return 1;
	}

}

int first_fit(int ID, int size)//首次适应算法
{
	FNodeList temp = (FNodeList)malloc(sizeof(Free_Node));
	Free_Node* p = block_first->next;
	temp->date.ID = ID;
	temp->date.size = size;
	temp->date.flag = BUSY;
	while (p)
	{
		if (p->date.flag == FREE && p->date.size == size)//请求大小刚好满足
		{
			p->date.flag = BUSY;
			p->date.ID = ID;
			return 1;
			break;
		}
		if (p->date.flag == FREE && p->date.size > size)//说明还有其他的空闲区间
		{
			temp->next = p;
			temp->front = p->front;
			temp->date.address = p->date.address;
			p->front->next = temp;
			p->front = temp;
			p->date.address = temp->date.address + temp->date.size;
			p->date.size -= size;
			return 1;
			break;
		}
		p = p->next;
	}
	return 0;
}

int best_fit(int ID, int size)//最佳适应算法
{
	int surplus;//记录可用内存与需求内存的差值
	FNodeList temp = (FNodeList)malloc(sizeof(Free_Node));
	Free_Node* p = block_first->next;
	temp->date.ID = ID;
	temp->date.size = size;
	temp->date.flag = BUSY;
	Free_Node* q = NULL;//记录最佳位置
	while (p)//遍历链表，找到第一个可用的空闲区间将他给q
	{
		if (p->date.flag == FREE && p->date.size >= size)
		{
			q = p;
			surplus = p->date.size - size;
			break;
		}
		p = p->next;
	}
	while (p)//继续遍历，找到更加合适的位置
	{
		if (p->date.flag == FREE && p->date.size == size)
		{
			p->date.flag = BUSY;
			p->date.ID = ID;
			return 1;
			break;
		}
		if (p->date.flag == FREE && p->date.size > size)
		{
			if (surplus > p->date.size - size)
			{
				surplus = p->date.size - size;
				q = p;
			}

		}
		p = p->next;
	}
	if (q == NULL)//如果没有找到位置
	{
		return 0;
	}
	else//找到了最佳位置
	{
		temp->next = q;
		temp->front = q->front;
		temp->date.address = q->date.address;
		q->front->next = temp;
		q->front = temp;
		q->date.size = surplus;
		q->date.address += size;
		return 1;
	}
}

int free(int ID)//主存回收
{
	Free_Node* p = block_first->next;
	while (p)
	{
		if (p->date.ID == ID)//找到要回收的ID区域
		{
			p->date.flag = FREE;
			p->date.ID = FREE;
			//判断P与前后区域关系
			if (p->front->date.flag == FREE && p->next->date.flag != FREE)
			{
				p->front->date.size += p->date.size;
				p->front->next = p->next;
				p->next->front = p->front;
			}
			if (p->front->date.flag != FREE && p->next->date.flag == FREE)
			{
				p->date.size += p->next->date.size;
				if (p->next->next)
				{
					p->next->next->front = p;
					p->next = p->next->next;
				}
				else p->next = p->next->next;
			}
			if (p->front->date.flag == FREE && p->next->date.flag == FREE)
			{
				p->front->date.size += p->date.size + p->next->date.size;
				if (p->next->next)
				{
					p->next->next->front = p->front;
					p->front->next = p->next->next;
				}
				else p->front->next = p->next->next;
			}
			if (p->front->date.flag != FREE && p->next->date.flag != FREE)
			{//

			}
			break;
		}
		p = p->next;
	}
	cout << "回收成功！" << endl;
	return 1;
}
void Destroy(Free_Node* p)
{

}
void show()
{
	cout << "------------------" << endl;
	cout << "内存分配情况" << endl;
	cout << "------------------" << endl;
	Free_Node* p = block_first->next;
	while (p)
	{
		cout << "分区号：";
		if (p->date.ID == FREE)
			cout << "FREE" << endl;
		else cout << p->date.ID;
		cout << "起始地址：" << p->date.address << endl;
		cout << "内存大小：" << p->date.size << endl;
		cout << "分区状态：";
		if (p->date.flag == FREE)
			cout << "空闲" << endl;
		else
			cout << "已分配" << endl;
		cout << "------------------" << endl;
		p = p->next;
	}
}
void menu()//菜单
{
	int tag = 0;
	int ID;
	init();
	cout << "分区模拟：" << endl;
	while (tag != 5)
	{
		cout << "亲输入要进行的操作：" << endl;
		cout << "1-首次适应算法，2-最佳适应算法，3-内存回收，4-显示内存状况，5-退出" << endl;
		cin >> tag;
		switch (tag)
		{
		case 1:
			alloc(tag);
			break;
		case 2:
			alloc(tag);
			break;
		case 3:
			cout << "亲输入需要回收的ID号：" << endl;
			cin >> ID;
			free(ID);
			break;
		case 4:
			show();
			break;
		}
	}

}
void main()
{
	menu();
}

运行实现结果：
在这里插入图片描述