【操做系统】分区分配算法 （首次适应算法、最佳适应算法）（C语言实现）

【操做系统】分区分配算法 （首次适应算法、最佳适应算法）（C语言实现）

（编码水平较菜，写博客也只是为了我的知识的总结和督促本身学习，若是有错误，但愿能够指出）

1.动态分区分配算法：

为了实现动态分区分配，一般将系统中的空闲分区连接成一个链。所谓顺序查找是指依次搜索空闲分区链上的空闲分区，去寻找一个大小能知足要求的分区。 --------计算机操做系统（第四版）

2.动态分区算法主要包括四种：

（1）.首次适应算法（first fit，FF）：

要求，空闲分区链以地址递增的顺序连接。每次从链首开始，直到找到第一个能知足要求的空闲分区为止。
简单来讲，就是，每次都从第一个开始顺序查找，找到一块区域能够知足要求的。

优势：优先利用内存中低址部分的空闲分区，从而保留了高址部分的大空闲区，这为之后到达的大做业分配大的内存空间创造了条件。

缺点：低址部分不断被划分，会留下许多难以利用的，很小的空闲分区，称为碎片。而每次查找又都是从低址部分开始的，这无疑又会增长查找可用空闲分区时的开销。

（2）.循环首次适应算法（next fit，NF）：

与FF算法区别就是，不是每次都从首次开始，而是从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始。（第一次查找的话也是从首页开始）。

特色：能使内存中的空闲区分布得较均匀。

(3）.最佳适应算法（best，BF）：

将全部空闲分区按照空闲分区容量大小从小到大的顺序链接起来，造成一个空闲分区链。
即，每次都是找空间容量不但能够知足要求的空闲区，并且该空闲分区的容量还要最接近要求的容量大小。

优势：每次分配给文件的都是最合适该文件大小的分区。

缺点：内存中留下许多难以利用的小的空闲区（外碎片）。

(4).最坏适应算法（worst，WF）：

与BF算法相反，WF算法是按照空闲分区容量从大到小的顺序链接起来的，并且每次找空闲分区的时候也是按照空闲分区容量最大的。

特色：尽量的分配大的分区。

缺点：使得内存缺少大分区，可能使得后续到来的大做业没法装入内存。

3.主要实现的是首次适应算法和最佳适应算法。

运行截图：

4.就不一一截图了，尚未发现什么问题。若是有人发现了，但愿能够指正一下，不胜感激

5.代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

typedef struct lei_item       //表示空闲分区表中的表箱
{
    int id;                 //假如 id 为-1，表示此分区时一个空闲分区。
    int base;              //指向分区的首地址
    int size;               //表示分区大小
    int status;             //表示此分区是否已经分配     0表示空闲  1表示已经分配
}Item;
typedef Item datatype;

typedef struct lei_list
{
    datatype* node;      //表示一个datatype类型的链表的结点
    struct lei_list* front;
    struct lei_list* next;
}List;

#define Max 640
int memory = Max;       //定义可用内存空间为640



List init(){            //初始化一个链表;
    List list;
    list.node = (datatype *)malloc(sizeof(datatype));
    list.node->base = 0;
    list.node->id = -1;                     //-1表示是空闲分区
    list.node->size = memory;
    list.node->status = 0;                  
    list.front = list.next = NULL;
    return list;
}

datatype* input(){          //初始化打算申请的内存分区节点
    datatype* item = (datatype *)malloc(sizeof(datatype));
    printf("请输入做业号：");
    scanf("%d",&item->id);
    printf("请输入所须要的内存的大小：");
    scanf("%d",&item->size);
    item->status = 0;
    return item;
}


int First_fit(List *list){
    datatype* item = input();
    List* temp = list;                      //定义一个临时变量list* ，指向list

    while (temp)
    {

        if(temp->node->status == 0 && temp->node->size > item->size){       //若是此前的分区未分配，，而且分区大小大于 请求分配的大小     那么此时就能够进行分配
            List *front = temp->front;                                          //存储当前未分配分区的 上一个分区地址
            List *next = temp->next;                                          //存储当前未分配分区的  下一个分区地址   
            int base = temp->node->base;                                      //记录未分配当前分区的首地址

            datatype* new_node = (datatype*)malloc(sizeof(datatype));          // 多余出来的部分要新创建一个分区
            new_node->id = -1;                                                 //而后须要对这个新的分区进行一些信息的设置
            new_node->size = temp->node->size - item->size;         //新分区的大小  等于  还未分配的时的分区大小 - 请求分配的结点的大小 

            temp->node = item;                                  //对请求分配的分区结点进行分配
            temp->node->status = 1;

            new_node->status = 0;
            new_node->base = base + temp->node->size;             //新创建分区的首地址是  请求分配的分区的首地址 + 请求分配的分区的大小


            List* temp_next = (List*)malloc(sizeof(List));           //临时节点 （申请一个新的链表节点 表示下一个分区）  而且进行初始化
            temp_next->node = new_node;                             //保存下一个的分区的信息
            temp_next->front = temp_next->next = NULL;                                    

            if(front == NULL && next == NULL){                      //若是 front和next节点都是空，代表它是第一次分配分区
                temp->node->base = 0;                               //初始化首地址
                temp->next = temp_next;                     
                temp_next->front = temp;
            }
             if(front == NULL && next != NULL){                 //在第一个分区中插入新的分区
                 temp->node->base = 0;
                 temp->node->status = 1;
                temp_next->next = temp->next;
                temp->next = temp_next;
             }
            if(front != NULL){                      //代表不是第一次分配节点，此时须要在中间插入下一个节点
                temp->node->base = temp->front->node->base+temp->front->node->size;        //初始化首地址
                temp_next->next = temp->next;                                       //保证新插入的节点会记录原先节点的下一个节点的首地址
                temp_next->front = temp;                               // 首尾都须要保证
                temp->next = temp_next;                             //最后让所申请的分区节点的下一个节点指向  咱们刚刚创建的临时节点
            }
            return 1;
        }   
        else if(temp->node->status == 0 && temp->node->size == item->size)
        {
            item->base = temp->front->node->base+temp->front->node->size;               //新插入分区的首地址  等于上一个分区的 首地址+分区的大小
            item->status = 1;                                           //表示已经分配
            temp->node = item;

            return 1;
        }
        else{
            temp = temp->next;
            continue;
        }
        temp = temp->next;
    }
    return 0;
}

int Momory_recycle(List *list){
    List* temp = list;                      //申请一个链表节点 指向list 的头节点
    int number;                         //用于存放要释放的节点的分区号
    printf("请输入须要回收的ID号：");
    scanf("%d",&number);
    while (temp)
    {   
        if(temp->node->id == number)            //首先找到 节点id = number 的节点，而后分四种状况讨论 
        {   
            // 1、 要回收的是第一个结点
            if(temp->front == NULL){
                temp->node->status = 0;
                temp->node->id = -1;
                if(temp->next == NULL){
                    temp->node->size = temp->node->size + temp->next->node->size;
                    temp->next = temp->next;
                    return 1;
                }
                return 1;
            }
              //2、 先后都没有空闲的分区
            //最简单，   直接改变 分区的 id 和 分区的状态就能够了。
            // 若是回收第一个分区的话 必需要先进行处理，若是不先进行处理 ，判断 temp->front->node->id != -1 会报一个段错误。由于temp-》front 此时指向的是null  
            if(temp->front->node->id != -1 && temp->front->node->status != 0 && temp->next->node->id != -1 && temp->next->node->status != 0){
                temp->node->status = 0;
                temp->node->id = -1;
                return 1;
            }
            //3、要回收的节点    前面和后面都是空闲的
            // 将三个空闲区合并到一块儿，起始地址为前面的分区的起始地址， 大小为三个空闲区大小之和
            //还须要作一个判断，若是
            if(temp->front->node->id == -1 && temp->front->node->status == 0 && temp->next->node->id == -1 && temp->next->node->status == 0){
                List* front = temp->front;
                List* next = temp->next;
                front->node->size = front->node->size + temp->node->size + next->node->size;    
                front->next = next->next;
                 if(next->next == NULL){
                    free(temp);
                    return 1;
                }
                //若是不是最后一个结点的话就会多一个步骤
                // 让 next->next->front 指向上一个结点
                else
                {
                    
                    next->next->front = front;
                    free(temp);  
                    return 1;
                }       
                return 1;
            }
            // 4、 要回收的节点  前面的节点是空闲的
            //合并后的分区起始地址为前一个结点， 分区大小为前一个节点 与 当前节点之和。
            if(temp->front->node->id == -1 && temp->front->node->status == 0){
                List* front = temp->front;
                front->next = temp->next;
                temp->next->front = front;
                front->node->size += temp->node->size;
                free(temp);
                return 1;
            }
            //5、 要回收的节点    后面的额节点是空闲的
            //合并后的分区首地址为当前节点 ，  分区大小为当前节点 与 当前节点的下一个结点大小之和。
            // 这个须要多一个步骤， 改变分区的 id 和  分区的状态。
            // 还要注意一点：  当要回收的空间是和  系统最后的空闲区相邻时 ， temp->next->next 指向的是null；

            if(temp->next->node->id == -1 && temp->next->node->status == 0){
                List* next = temp->next;
                // 此时来判断 temp->next 是不是系统的最后一个结点
                // 此时只将当前节点 和下一个结点合并就能够了
                //即 首地址不变，   分区状态 和 分区id进行变化  
                temp->node->size = temp->node->size + next->node->size;
                temp->node->status = 0;
                temp->node->id = -1;
                 temp->next = next->next;
                if(next->next == NULL){
                    free(next);
                    return 1;
                }
                //若是不是最后一个结点的话就会多一个步骤
                // 让 next->next->front 指向上一个结点
                else
                {
                    next->next->front = temp;
                    free(next);    
                    return 1;
                }       
            }
        }
        temp = temp->next;
    }
    return 0;
 }

void Momery_state(List *list){
    List* temp = list;
    printf("-----------------------------------\n");
    printf("内存分配情况\n");
    printf("-----------------------------------\n");
    while (temp)
    {
        if(temp->node->status == 0 && temp->node->id == -1){
            printf("分区号：FREE\n");
            printf("起始地址：%d\n",temp->node->base);
            printf("内存大小：%d\n",temp->node->size);
            printf("分区状态：空闲\n");
        }
        else
        {
            printf("分区号：%d\t起始地址：%d\n",temp->node->id,temp->node->base);
            printf("内存大小：%d\n",temp->node->size);
            printf("分区状态：已分配\n");
        }
        printf("-----------------------------------\n");
        temp = temp->next;
    }

}
int Best_fit(List *list){
     int min = 0;        //记录 最小分区的结点的大小
     int base_min = 0;      //记录 最小节点的结点的起始地址
     List* temp = list; 
     datatype* item = input();              // 要对 item 的 起始地址  和 分配状态进行初始化
    
     while (temp)
     {
         //若是分区未分配   就要进行  比较操做， 而且记录差值 和 分区的id号
         if(temp->node->status == 0 && temp->node->id == -1&& temp->node->size > item->size){
             if(min == 0){          //加入min为0 表示还未找到一个能够分配的分区
                 min = temp->node->size;
                 base_min = temp->node->base;
             }
             else
             {
                 if(temp->node->size < min){      // 找到一个以后，须要找出最小的分区  也就是它的  size最小。
                     min = temp->node->size;
                     base_min = temp->node->base;
                 }
             }
             
         }
         if(temp->node->status == 0 && temp->node->id == -1 && temp->node->size == item->size){
             int base = temp->node->base;
             temp->node = item;
             temp->node->status = 1;
             temp->node->base = base;
             return 1;
         }
        temp = temp->next;
     }

     //由于可能没有任何一个空间能够知足要求须要作一个判断处理   
     temp = list;
     while (temp)
     {
         if(temp->node->base == base_min){

            datatype* temp_node = (datatype*)malloc(sizeof(datatype));      //会有多余的空间多出来  因此须要在创建一个结点插入到链表中
            temp_node->id = -1;
            temp_node->status = 0;
            temp_node->base = base_min + item->size;
            temp_node->size = temp->node->size - item->size;

            temp->node = item;                          //对item进行完整的初始化
            temp->node->base = base_min;
            temp->node->status = 1;
            
            List* temp_list_node = (List*)malloc(sizeof(List));         //新申请一个 链表的结点 而且初始化
            temp_list_node->node = temp_node;
            temp_list_node->front = temp;
            temp_list_node->next = temp->next;

            temp->next = temp_list_node;
            return 1;
         }
         temp = temp->next;
     }
       
 }


int main(){
    printf("分区模拟\n");
    List list = init();
    int select;
    int insert_state,recycle_state;
    int insert_state_best;
    do
    {
        printf("请输入要进行的操做\n");
        printf("1-首次适应算法， 2-最佳适应算法， 3-内存回收， 4-显示内存情况， 5-退出\n");
        scanf("%d",&select);
        switch (select)
        {
        case 1:              // 1. 首次适应算法
            insert_state = First_fit(&list);
            if(insert_state == 0){
                printf("分配失败\n");
            }
            else {
                printf("分配成功！\n");
            }     
            break;
        case 2:             // 2. 最佳适应算法
            insert_state_best = Best_fit(&list);
            if(insert_state_best == 1){
                printf("分配成功\n");
            }    
            else  {
                printf("分配失败\n");
            }        
            break;
        case 3:             //3.内存回收
            recycle_state = Momory_recycle(&list);
            if(recycle_state == 1){
                printf("回收成功！\n");
            }
            else{
                printf("回收失败\n");
            }
            break;
        case 4:             //4.显示内存情况
            Momery_state(&list);
            break;          
        }
    } while (select != 5);

    system("pause");
}