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https://github.com/Wizard23333/OS_Memory_Management
Tongji SSE OS course project
https://github.com/Wizard23333/OS_Memory_Management
Last synced: 4 months ago
JSON representation
Tongji SSE OS course project
- Host: GitHub
- URL: https://github.com/Wizard23333/OS_Memory_Management
- Owner: Wizard23333
- Created: 2021-06-23T11:58:57.000Z (about 3 years ago)
- Default Branch: main
- Last Pushed: 2023-01-28T09:02:01.000Z (over 1 year ago)
- Last Synced: 2024-01-17T05:39:41.036Z (6 months ago)
- Language: C++
- Size: 793 KB
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- Forks: 0
- Open Issues: 0
-
Metadata Files:
- Readme: README.md
Lists
- awesome-tjsse-project - Wizard23333/OS_Memory_Management
README
# OS_Memory_Management
Tongji SSE OS course project
# **设计方案报告-动态分区分配模拟**
## **项目背景分析**
项目需要实现一个动态分区分配方式的模拟，动态分区分配是一种连续内存分配方式。对于内存的管理，按照分配方式是**连续的**还是**非连续**的，一般可以分为下面两种管理方式：**连续内存管理方式**、**非连续内存管理方式**
+ **连续内存分配方式**：连续内存管理方式是指为一个用户程序分配一个连续的内存空间，连续内存分配方式主要可以包括**单一连续分配**、**固定分区分配**、**动态分区分配**等三种方式。
**单一连续分配**：内存在这种情况下被分成**用户区**和**系统区**，系统区仅供操作系统使用，一般在低地址部分，用户区是为用户提供的、除系统区之外的内存空间。这种方式的优点是简单、无外部碎片，但是缺点是只能用于单用户、单任务，有内部碎片，存储器的利用率极低
**固定分区分配**：将内存空间划分为若干固定大小的区域，每个分区只装入一道作业，有两种分区分配方式：**分区大小相等**、**分区大小不等**，这种方式存在两个问题：程序太大而放不进任何一个分区；主存利用率低，当程序小于固定分区时，也需要占用一个分区，存在内部碎片
**动态分区分配**：动态分区分配又称为可变分区分配，动态地划分内存。这种方法不预先划分内存，而是在进程装入内存时，根据进程的大小动态地建立分区。在进程装入主存或换入主存时，若内存中有多个足够大的空闲块，则需要考虑动态分区的分配策略：
- **首次适应算法**：空闲分区以地址递增的次序链接。分配内存时按顺序查找，找到大小能够满足要求的第一个空闲分区
- **最佳适应算法**：空闲分区按容量递增的次序链接，找到第一个能满足要求的空闲分区
- **最坏适应算法**：空闲分区以容量递减的次序链接，找到第一个能满足要求的空闲分区
- **临近适应算法**：由首次适应算法演变而成，不同是，分配内存从上次查找结束的位置开始继续查找
这几种算法中首次适应算法不仅是最简单的，而且通常也是最好和最快的。邻近适应算法试图解决这个问题，但是常常导致在内存的末尾分配空间分裂成小碎片，而最佳适应算法每次分配会留下很多的很小的内存块，难以再次利用，最坏适应算法会导致很快没有大的内存块使用，因此性能也很差
+ **非连续分配管理方式**:一般有**分页存储管理方式**，和**分段存储管理方式**，这两种方式显然可以实现比连续内存分配方式更高的性能，但在本文中不在赘述。
## **开发运行环境**
Qt版本：`Qt5.9.8`
Qt Creator版本：`4.8.2`
编译器：`MinGW 5.3.0 32bit`
## **功能点实现**
+ **实时显示主存占用情况**
执行申请或释放操作之后，占用主存的作业进程在主存中显示画出，并用不同的颜色标识，同时在对应的块上用文字标出作业号和占用内存大小，灰色部分显示的未占用内存
+ **日志信息显示**
在每次进行操作后，显示操作的信息，包括操作的作业号，内存大小，成功与否
+ **内存大小调节**
自定义的调节内存大小，可以实现从`0K`到`10000K`内存大小的调节，对应的内存显示也随之变化
+ **不同的分配算法选择**
选择**首次适应**算法后，使用**默认数据**运行到最后一步的结果
选择**最佳适应**算法后，使用**默认数据**运行到最后一步的结果
+ **使用默认数据运行**
使用ppt中给定数据进行运行，不需要手动输入需要申请的内存大小，以下是在**首次适应算法**下的部分运行图，两种算法总的运行图已经过验证，满足各算法的要求。
+ **自定义数据运行**
由于自定义数据可以很多，这里只展示一次运行中部分状态的截图，此次选择**最佳适应算法**来进行测试，并且设置自定义的**内存大小**
+ **其他功能**
点击**确认配置**按钮之后，使得相应的按钮被禁用，避免误触
**重置/停止**按钮将所有的**设置**和**内存显示区**以及**日志区**全部清零，
## **部分代码分析**
+ **内存模型部分**
- 各种常量
```c++
//数据源的来源 ： 默认和手动输入
enum data_source {
DEFAULT,
CUSTOMIZE
};
//两种算法的选择，首次适应和最佳适应
enum algorithm {
FIRST_FIT,
BEST_FIT
};
//默认的申请队列
const int default_data[11][2] = {{1, -130},{2, -60},{3, -100},{2, +60},{4, -200},{3, +100},{1, +130},{5, -140},{6, -60},{7, -50},{6, +60}
};
```
- 结构体封装
```c++
typedef struct a {
int start_addr;
int lenth;
} ram_block;//内存块
typedef struct b {
int job_num;
ram_block block_in_ram;
} job;//作业
typedef struct c {
int job_num;
int apply_or_release;
bool request_state;
int lenth;
} request_inf;//发出请求之后的日志信息
```
+ 合并函数
```c++
void RAMModel::merge_block(ram_block block)
{
bool is_merged = false;//判断有没有归并过
for(auto it = free_space.begin(); it != free_space.end(); it++)
{
if(block.start_addr + block.lenth == (*it).start_addr)//在现有区间的左侧合并
{
//合并的新区间
ram_block new_block = {block.start_addr, block.lenth + (*it).lenth};
block = new_block;
is_merged = true;//设置为归并过
free_space.erase(it);//将合并的原有区间先拿出来
break;
}
if(block.start_addr == (*it).start_addr + (*it).lenth)//在现有区间的右侧合并
{
ram_block new_block = {(*it).start_addr, block.lenth + (*it).lenth};
block = new_block;
is_merged = true;//设置为归并过
free_space.erase(it);//将合并的原有区间先拿出来
break;
}
}
//如果第一次都没有归并过就直接退出
if(is_merged == false)
{
insert_remain(block);
return;
}
//第二次归并
for(auto it = free_space.begin(); it != free_space.end(); it++)
{
if(block.start_addr + block.lenth == (*it).start_addr)//在现有区间的左侧合并
{
//合并的新区间
ram_block new_block = {block.start_addr, block.lenth + (*it).lenth};
block = new_block;
is_merged = true;//设置为归并过
free_space.erase(it);//将合并的原有区间先拿出来
break;
}
if(block.start_addr == (*it).start_addr + (*it).lenth)//在现有区间的右侧合并
{
ram_block new_block = {(*it).start_addr, block.lenth + (*it).lenth};
block = new_block;
is_merged = true;//设置为归并过
free_space.erase(it);//将合并的原有区间先拿出来
break;
}
}
//将归并后的区插入到空闲区中
insert_remain(block);
}
```
在释放某个作业后，将释放的内存合并到原有的空闲内存中
+ 插入函数
```c++
void RAMModel::insert_remain(ram_block block)
{
if(free_space.empty() == true)//free_space为空的话，直接插入
{
free_space.push_back(block);
return;
}
if(algorithm_kind == FIRST_FIT)//首次适应
{
for(auto it = free_space.begin(); ; it++)//按地址递增的插入
{
if(it == free_space.end())//在最后插入
{
free_space.insert(it, block);
return;
}
if(block.start_addr < (*it).start_addr)//如果比当前的小，就插入
{
free_space.insert(it, block);
return;
}
}
}
else if(algorithm_kind == BEST_FIT)//最佳适应
{
for(auto it = free_space.begin(); ; it++)\
{
if(it == free_space.end())//如果遍历到了最后
{
free_space.insert(it, block);
return;
}
if(block.lenth <= (*it).lenth)//按容量递增的来插入
{
free_space.insert(it, block);
return;
}
}
}
}
```
根据选择的分配模式，来执行收回内存的插入，来实现**首次适应算法**和**最佳适应算法**
+ **显示部分**
- 绘制部分
```c++
void MainWindow::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
//绘制区域的坐标
auto origin_x = ui->RAMtextEdit->geometry().x();
auto origin_y = ui->RAMtextEdit->geometry().y();
auto width = ui->RAMtextEdit->geometry().width();
auto height = ui->RAMtextEdit->geometry().height();
QPainter painter(this);
QPen pen; //画笔
pen.setColor(QColor(0, 0, 0));//黑色画笔画外框
QBrush brush(QColor(165, 165, 165, 255)); //画刷
painter.setPen(pen); //添加画笔
painter.setBrush(brush); //添加画刷
painter.drawRect(origin_x, origin_y, width, height); //绘制总体外框
QColor color_collection[16] = {QColor("#FFB7DD"),QColor("#FF44AA"),QColor("#C10066"),QColor("#FFDDAA"),QColor("#FFAA33"),QColor("#EE7700"),QColor("#EEFFBB"),QColor("#CCFF33"),QColor("#99DD00"),QColor("#BBFFEE"),QColor("#33FFAA"),QColor("#00DD77"),QColor("#CCDDFF"),QColor("#5599FF"),QColor("#0044BB"),QColor("#9955FF"),
};
for(unsigned int i = 0; i < model.jobs_in_ram.size(); i++)
{
QBrush brushTemp(color_collection[model.jobs_in_ram[i].job_num % 15]);
painter.setBrush(brushTemp);//设置颜色
//位置设置
auto block_x = (width * (model.jobs_in_ram[i].block_in_ram.start_addr + 1) / model.get_capacity()) + origin_x;
auto block_y = origin_y;
auto block_width = width * model.jobs_in_ram[i].block_in_ram.lenth / model.get_capacity();
auto block_height = height;
qDebug() << block_x << block_y << block_width << block_height << color_collection[model.jobs_in_ram[i].job_num % 15];
painter.drawRect(block_x, block_y, block_width, block_height);
QString job_num("作业");
job_num += QString::number(model.jobs_in_ram[i].job_num);
painter.drawText(block_x + block_width / 2 - width * block_width / 10000, block_y + block_height / 2, job_num);
QString job_lenth;
job_lenth += QString::number(model.jobs_in_ram[i].block_in_ram.lenth) + "K";
painter.drawText(block_x + block_width / 2 - width * block_width / 10000, block_y + block_height / 2 + height / 9, job_lenth);
}
}
```