可變分區(qū)存儲管理方式的內(nèi)存分配回收

宋新偉

摘要：該文首先介紹了存儲管理中可變分區(qū)的管理方式。通過實驗編寫程序模擬實現(xiàn)了可變分區(qū)存儲管理方式的內(nèi)存分配和回收。

關鍵詞：可變分區(qū)；存儲管理；內(nèi)存分配；回收

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）12-2880-03

1 存儲管理中可變分區(qū)的管理方式

可變分區(qū)管理方式將內(nèi)存除操作系統(tǒng)占用區(qū)域外的空間看做一個大的空閑區(qū)。當作業(yè)要求裝入內(nèi)存時，根據(jù)作業(yè)需要內(nèi)存空間的大小 查詢內(nèi)存中的各個空閑區(qū)，當從內(nèi)存空間中找到一個大于或等于該作業(yè)大小的內(nèi)存空閑區(qū)時，選擇其中一個空閑區(qū)，按作業(yè)需求量劃出一個分區(qū)裝人該作業(yè)，作業(yè)執(zhí)行完后，其所占的內(nèi)存分區(qū)被收回，成為一個空閑區(qū)。如果該空閑區(qū)的相鄰分區(qū)也是空閑區(qū)，則需要將相鄰空閑區(qū)合并成一個空閑區(qū)。

2 本實驗的具體實現(xiàn)

本次實驗的具體內(nèi)容包括：1）建立相關的數(shù)據(jù)結構，作業(yè)控制塊、已分配分區(qū)及未分配分區(qū)；2）實現(xiàn)一個分區(qū)分配算法，如最先適應分配算法、最壞或者最優(yōu)適應分配算法；3）實現(xiàn)一個分區(qū)回收算法；4）給定一批作業(yè)/進程，選擇一個分配或者回收算法，實現(xiàn)分區(qū)存儲模擬管理；5）設計界面并將所有的模塊整合到一起，形成一個完整的系統(tǒng)。

2.1 設計所采用的算法

采用最壞適應算法，每次為作業(yè)分配內(nèi)存時，總是把最大的空閑分區(qū)和所需要的程序塊進行比較，如果該塊的大小大于或者等于所需要的內(nèi)存大小，則從該塊中分配出一塊內(nèi)存給程序。

2.2 內(nèi)存分配與回收所使用的結構體

為便于對內(nèi)存的分配和回收，建立兩張表記錄內(nèi)存的使用情況。一張為記錄作業(yè)占用分區(qū)的“內(nèi)存分配表”，內(nèi)容包括分區(qū)起始地址、長度、作業(yè)名/標志（為0時作為標志位表示空欄目）；一張為記錄空閑區(qū)的“空閑分區(qū)表”，內(nèi)容包括分區(qū)起始地址、長度、標志（0表空欄目，1表未分配）。兩張表都采用順序表形式。

2.3 關于分配留下的內(nèi)存小碎片問題

當要裝入一個作業(yè)時，從“空閑分區(qū)表”中查找標志為“1”（未分配）且滿足作業(yè)所需內(nèi)存大小的最小空閑區(qū)，若空閑區(qū)的大小與作業(yè)所需大小的差值小于或等于minsize，把該分區(qū)全部分配給作業(yè)，并把該空閑區(qū)的標志改為“0”（空欄目）。同時，在已分配區(qū)表中找到一個標志為“0”的欄目登記新裝人作業(yè)所占用分區(qū)的起始地址，長度和作業(yè)名。若空閑區(qū)的大小與作業(yè)所需大小的差值大于minsize。則把空閑區(qū)分成兩部分，一部分用來裝入作業(yè)，另外一部分仍為空閑區(qū)。這時只要修改原空閑區(qū)的長度，且把新裝人的作業(yè)登記到已分配區(qū)表中。

2.4 內(nèi)存的回收

在可變分區(qū)方式下回收內(nèi)存空間時，先檢查是否有與歸還區(qū)相鄰的空閑區(qū)（上鄰空閑區(qū)，下鄰空閑區(qū)）。若有，則將它們合件成一個空閑區(qū)。程序實現(xiàn)時，首先將要釋放的作業(yè)在“內(nèi)存分配表”中的記錄項的標志改為“0”（空欄目），然后檢查“空閑區(qū)表”中標志為‘1（未分配）的欄目，查找是否有相鄰的空閑區(qū)，若有，將之合并，并修改空閑區(qū)的起始地址和長度。

3 數(shù)據(jù)結構

1）塊類結構

public class Kuai{

private int startAddr； //塊的在內(nèi)存中的開始位置

private int size； //塊的大小

private int state=0； //塊的狀態(tài)，1表示已分配，0表示未分配

private int runprogram； } //表示該快所運行的程序編號

2）分區(qū)表結構

Public class KuaiBiao（）//塊表

{private int memorysize=1000； //系統(tǒng)的內(nèi)存大小，為1000

private List KuaiList=new ArrayList（）； //分區(qū)表

public KuaiBiao（）

{ Kuai kuai=new Kuai（）；

kuai.setRunprogram（0）；

kuai.setSize（1000）；

kuai.setStartAddr（0）；

this.KuaiList.add（kuai）；}}

3）表模型結構

Public class TableModel{

Vector cols=null； //初始化表模型的列名

Vector rowdata=null； }//某行某列的數(shù)據(jù)

4 程序算法

本程序的功能模塊主要為內(nèi)存分配和內(nèi)存回收。首頁是一個顯示界面，從list 中獲取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)加入JTable中，顯示出來。首頁有兩個功能按鈕即：內(nèi)存分配按鈕和內(nèi)存回收按鈕。點擊每個按鈕執(zhí)行相應的功能模塊。當點擊內(nèi)存分配按鈕時，會彈出一個對話框，輸入待分配內(nèi)存的大小和指定程序編號，如果輸入的內(nèi)存大小超出最大未分配內(nèi)存的大小，程序會提示錯誤信息。如果想回收某個內(nèi)存塊，選定該行，點擊回收按鈕，執(zhí)行相應的功能，更新JTable表格，完成相應功能的顯示。

4.1 內(nèi)存分配模塊算法

內(nèi)存的分配采用最壞適應算法（Worst fit）。最壞適應分配算法要掃描整個空閑分區(qū)分割給作業(yè)使用。該算法要求將所有的空閑分區(qū)按其容量以從大到小的順序形成一空閑分區(qū)鏈，查找時只要看第一個分區(qū)是否滿足作業(yè)要求。在系統(tǒng)分配內(nèi)存的時候，每次調用分配算法，只需要傳遞一個待分配內(nèi)存的大小和所要運行的程序編號，然后通過Util類中的FenPei（int size，int prograid）方法從內(nèi)存表中分配一塊內(nèi)存。FenPei（int size，int prograid）方法每次都會將塊表中的塊按size大小從大到小排序，遍歷塊表判斷該塊的狀態(tài)是否為空閑，如果該塊狀態(tài)為空閑，則從 該塊中分配出一塊內(nèi)存作為程序運行所需要的內(nèi)存。如果該塊的狀態(tài)不為空閑，則繼續(xù)遍歷塊表（KuaiBiao）中的下一個塊內(nèi)存。

4.2 內(nèi)存回收模塊算法

選擇回收的內(nèi)存塊，當點擊回收內(nèi)存時，調用public List setFree（int startAddr，List le）方法，首先根據(jù)回收區(qū)的地址找到此內(nèi)存塊在List集合中的索引位置，然后判斷點擊的待回收的內(nèi)存塊的狀態(tài)，若為0，則提示已是空閑狀態(tài)；若為1，則調用方法Judge.judgement（ku， i） ， 此方法根據(jù)索引位置和內(nèi)存塊的List集合返回要操作的方法，可以細化成9種情況來判斷：1）待回收的內(nèi)存塊沒有上塊也沒有下塊內(nèi)存，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊內(nèi)存的大?。?）待回收的內(nèi)存塊沒有上塊，有下塊內(nèi)存，且下塊內(nèi)存為空閑狀態(tài)，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大小加下塊內(nèi)存大小；3）待回收的內(nèi)存塊沒有上塊，有下塊內(nèi)存，且下塊內(nèi)存為占用狀態(tài)，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大小；4）待回收的內(nèi)存塊有上塊內(nèi)存，且上塊空閑，沒有下塊，則回收后地址為上塊地址，大小為本塊大小加下塊大小；5）待回收的內(nèi)存塊有上塊內(nèi)存，上塊內(nèi)存占用，沒有下塊，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大??；6）待回收的內(nèi)存塊上塊和下塊都是空閑，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大小加上塊和下塊大?。?）待回收的內(nèi)存塊的上塊和下塊都是占用狀態(tài)，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大?。?）待回收的內(nèi)存塊的上塊占用，下塊空閑，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大小加下塊大小；9）待回收的內(nèi)存塊的上塊空閑，下塊占用，回收后地址為上塊地址，大小為本塊大小加上塊大小。之后根據(jù)返回的操作方法進行對內(nèi)存塊的處理，然后返回一個按內(nèi)存地址排序的內(nèi)存塊集合。

5 內(nèi)存分配回收實現(xiàn)部分截圖

1）系統(tǒng)內(nèi)存未分配（如圖1所示）。

6 結束語

本文通過編寫和調試存儲管理的模擬程序，加深了對存儲管理方案的理解，熟悉了對可變分區(qū)存儲管理的內(nèi)存分配和回收。

參考文獻：

[1] 戴銀飛，趙耀紅.可變分區(qū)存儲管理方式的模擬[J].長春大學學報，2005（4）：36-38.

[2] 曹剛.大數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)的探討[J].軟件產(chǎn)業(yè)與工程，2013（6）：34-38.

[3] 張迎舂，張衛(wèi).虛擬化環(huán)境中的存儲基礎架構管理及優(yōu)化方案[J].計算機與現(xiàn)代化，2013（10）.

[4] 朱愷文，戴麗絲.系統(tǒng)配置參數(shù)通用性存儲管理的設計與實現(xiàn)[J].科技信息，2013（12）.

4.2 內(nèi)存回收模塊算法

選擇回收的內(nèi)存塊，當點擊回收內(nèi)存時，調用public List setFree（int startAddr，List le）方法，首先根據(jù)回收區(qū)的地址找到此內(nèi)存塊在List集合中的索引位置，然后判斷點擊的待回收的內(nèi)存塊的狀態(tài)，若為0，則提示已是空閑狀態(tài)；若為1，則調用方法Judge.judgement（ku， i） ， 此方法根據(jù)索引位置和內(nèi)存塊的List集合返回要操作的方法，可以細化成9種情況來判斷：1）待回收的內(nèi)存塊沒有上塊也沒有下塊內(nèi)存，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊內(nèi)存的大?。?）待回收的內(nèi)存塊沒有上塊，有下塊內(nèi)存，且下塊內(nèi)存為空閑狀態(tài)，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大小加下塊內(nèi)存大??；3）待回收的內(nèi)存塊沒有上塊，有下塊內(nèi)存，且下塊內(nèi)存為占用狀態(tài)，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大??；4）待回收的內(nèi)存塊有上塊內(nèi)存，且上塊空閑，沒有下塊，則回收后地址為上塊地址，大小為本塊大小加下塊大小；5）待回收的內(nèi)存塊有上塊內(nèi)存，上塊內(nèi)存占用，沒有下塊，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大??；6）待回收的內(nèi)存塊上塊和下塊都是空閑，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大小加上塊和下塊大??；7）待回收的內(nèi)存塊的上塊和下塊都是占用狀態(tài)，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大?。?）待回收的內(nèi)存塊的上塊占用，下塊空閑，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大小加下塊大??；9）待回收的內(nèi)存塊的上塊空閑，下塊占用，回收后地址為上塊地址，大小為本塊大小加上塊大小。之后根據(jù)返回的操作方法進行對內(nèi)存塊的處理，然后返回一個按內(nèi)存地址排序的內(nèi)存塊集合。

5 內(nèi)存分配回收實現(xiàn)部分截圖

1）系統(tǒng)內(nèi)存未分配（如圖1所示）。

6 結束語

本文通過編寫和調試存儲管理的模擬程序，加深了對存儲管理方案的理解，熟悉了對可變分區(qū)存儲管理的內(nèi)存分配和回收。

參考文獻：

[1] 戴銀飛，趙耀紅.可變分區(qū)存儲管理方式的模擬[J].長春大學學報，2005（4）：36-38.

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[4] 朱愷文，戴麗絲.系統(tǒng)配置參數(shù)通用性存儲管理的設計與實現(xiàn)[J].科技信息，2013（12）.

4.2 內(nèi)存回收模塊算法

選擇回收的內(nèi)存塊，當點擊回收內(nèi)存時，調用public List setFree（int startAddr，List le）方法，首先根據(jù)回收區(qū)的地址找到此內(nèi)存塊在List集合中的索引位置，然后判斷點擊的待回收的內(nèi)存塊的狀態(tài)，若為0，則提示已是空閑狀態(tài)；若為1，則調用方法Judge.judgement（ku， i） ， 此方法根據(jù)索引位置和內(nèi)存塊的List集合返回要操作的方法，可以細化成9種情況來判斷：1）待回收的內(nèi)存塊沒有上塊也沒有下塊內(nèi)存，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊內(nèi)存的大??；2）待回收的內(nèi)存塊沒有上塊，有下塊內(nèi)存，且下塊內(nèi)存為空閑狀態(tài)，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大小加下塊內(nèi)存大小；3）待回收的內(nèi)存塊沒有上塊，有下塊內(nèi)存，且下塊內(nèi)存為占用狀態(tài)，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大??；4）待回收的內(nèi)存塊有上塊內(nèi)存，且上塊空閑，沒有下塊，則回收后地址為上塊地址，大小為本塊大小加下塊大小；5）待回收的內(nèi)存塊有上塊內(nèi)存，上塊內(nèi)存占用，沒有下塊，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大?。?）待回收的內(nèi)存塊上塊和下塊都是空閑，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大小加上塊和下塊大小；7）待回收的內(nèi)存塊的上塊和下塊都是占用狀態(tài)，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大小；8）待回收的內(nèi)存塊的上塊占用，下塊空閑，則回收后地址為本塊地址，大小為本塊大小加下塊大小；9）待回收的內(nèi)存塊的上塊空閑，下塊占用，回收后地址為上塊地址，大小為本塊大小加上塊大小。之后根據(jù)返回的操作方法進行對內(nèi)存塊的處理，然后返回一個按內(nèi)存地址排序的內(nèi)存塊集合。

5 內(nèi)存分配回收實現(xiàn)部分截圖

1）系統(tǒng)內(nèi)存未分配（如圖1所示）。

6 結束語

本文通過編寫和調試存儲管理的模擬程序，加深了對存儲管理方案的理解，熟悉了對可變分區(qū)存儲管理的內(nèi)存分配和回收。

參考文獻：

[1] 戴銀飛，趙耀紅.可變分區(qū)存儲管理方式的模擬[J].長春大學學報，2005（4）：36-38.

[2] 曹剛.大數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)的探討[J].軟件產(chǎn)業(yè)與工程，2013（6）：34-38.

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[4] 朱愷文，戴麗絲.系統(tǒng)配置參數(shù)通用性存儲管理的設計與實現(xiàn)[J].科技信息，2013（12）.