操作系统之内存分配与回收
操作系统实验
内存的分配与回收
实验报告
一、实验题目：内存的分配与回收
二、实验内容：利用可变分区的首次适应算法，模拟内存的分配与回收。
三、实验目的：掌握可变分区首次适应算法的原理以及其编程实现。
四、实验过程：
1、基本思想：可变分区分配是根据进程的实际需求，动态地为之分配内存空间。首次适应算法要求空闲空间链以地址递增的次序链接。进行内存分配时，从链表头部开始依次检索，找到第一个不小于请求空间大小的空闲空间进行分配。分配时需考虑碎片问题，若分配会导致碎片产生则将整块分区分配。内存的回收需要考虑四种情况：⑴回收分区前后两个分区都空闲，则需要和前后两个分区合并；（2）回收分区只有前一分区空闲，则与前一分区合并；（3）回收分区只有后一分区空闲，则和后一分区合并；（4）回收分区独立，不考虑合并
。
2、主要数据结构：
struct FreeArea{ 链结点包含的数据：分区号、大小、起址、标记
int ID;
int size;
long address ;
int sign ;
};
struct Node { 双链表结点结构体：数据区、前向指针、后继指针
FreeArea data ;
struct Node *prior ;
struct Node *next ;
}*DLinkList ;
3、输入、输出：
输入： I.内存分配时由键盘输入分区ID 和大小；
II.内存回收时由键盘输入需要回收的分区ID ；
输出： 输出内存的分配情况（按照地址从低到高）
4、程序流程图：
选择操作choice 输出可选
操作
Choice>3或
choice<0
输入有误
Choice==1 验证该分区是
否已经被占用 输入分区号 Choice==2 Choice==3 Choice==0 退出 开始 显示分区情况
输入分区号 分区独立 回收
5、实验结果截屏：
6、源程序代码：
#include
using namespace std;
#define Free 0 //空闲状态
#define Busy 1 //已用状态
#define PBusy 2 //碎片已用状态
#define FINISH 1 //完成
#define FINISH2 1 //完成
#define ERROR 0 //出错
#define memory 512 //最大内存空间为(单位：KB）#define min 10 //碎片最小值(单位：KB)
typedef struct FreeArea//空闲链数据
{
int ID;
int size;
long address;
int sign;
};
typedef struct Node//空闲连结构
{
FreeArea data;
struct Node *prior;
struct Node *next;
}*DLinkList;
DLinkList head; //头结点
DLinkList tail; //尾结点
int Create()//初始化
{
head=(DLinkList)malloc(sizeof(Node));//分配内存
tail=(DLinkList)malloc(sizeof(Node));
head->prior=NULL;
head->next=tail;
tail->prior=head;
tail->next=NULL;
tail->data.address=0;
tail->data.size=memory;
tail->data.ID=0;
tail->data.sign=Free;
return FINISH;
}
int FirstFit(int ID,int request)//首次适应算法
{
DLinkList temp=(DLinkList)malloc(sizeof(Node));//新建作业的结点
temp->data.ID=ID;
temp->data.size=request;
temp->data.sign=Busy;
Node *p=head;//插入指针P
while(p)
{
if(p->data.sign==Free && p->data.size==request)//剩余大小恰好满足{
p->data.sign=Busy;
p->data.ID=ID;
return FINISH;
break;
}
else if(p->data.sign==Free&& p->data.size>request&& (p->data.size-request>min))//满足需求且有剩余且不产生碎片
{
temp->prior=p->prior;
temp->next=p;
temp->data.address=p->data.address;
p->prior->next=temp;
p->prior=temp;
p->data.address=temp->data.address+temp->data.size;
p->data.size=p->data.size-request;
return FINISH;
break;
}
else if(p->data.sign==Free&& p->data.size>request&& p->data.size-request<=min)//产生碎片时
{
p->data.sign=PBusy;
p->data.ID=ID;
return FINISH;
break;
}
p=p->next;//若前面的分区都已分配，P指针后移
}
return ERROR;
}
int Allocate()//主存分配
{
int ID,request;
cout<<"请输入作业所在分区号：";
cin>>ID;
cout<<"请输入分配的主存(单位:KB)：";
cin>>request;
if(request<0 ||request==0)
{
cout<<"分配的主存必须是正整数！"< return ERROR; } if(FirstFit(ID,request)==FINISH) cout<<"分配成功！"< else cout<<"内存不足，分配失败！"< } int Recycle(int ID)//回收 { Node *p=head; while(p) { if(p->data.ID==ID) { p->data.sign=Free; //p->data.ID=Free; if((p->prior->data.sign==Free)&&(p->next->data.sign==Free))//与前后的空闲块相连 { p->prior->data.size=p->prior->data.size+p->data.size+p->next->data.size; p->prior->next=p->next->next; if(p->next->next==NULL)//若p->next是最后一个结点 {p->prior->data.ID=Free;p->next=NULL;} else{p->next->next->prior=p->prior;} break; } if(p->prior->data.sign==Free)//与前面的空闲块相连 { p->prior->data.size+=p->data.size; p->prior->next=p->next; p->next->prior=p->prior; break; } if(p->next->data.sign==Free)//与后面的空闲块相连 { p->data.size+=p->next->data.size; if(p->next->next==NULL)//若p->next是最后一个结点 p->next=NULL; else{ p->next->next->prior=p; p->next=p->next->next;} break; } break; } p=p->next; } cout<<"分区："< return FINISH; } void show()//显示 { cout<<" 主存分配情况\n"; Node *p=head->next; while(p) { cout<<"分区号："; if(p->data.ID==Free) cout<<"Free"< else cout< cout<<"起始地址："< cout<<" 分区大小："< cout<<" 状态："; if(p->data.sign==Free) cout<<"空闲"< else if(p->data.sign==PBusy) cout<<"碎片已分配"< else cout<<"已分配"< p=p->next; } cout< } void main() { Create(); int choice; int i; for(i=0;;i++) { cout<<"请输入操作："; cout<<"1.分配内存 2.回收内存 3.显示主存0.退出"; cout< cin>>choice; if(choice==1)// 分配内存 Allocate(); else if(choice==2)// 内存回收 { i nt ID; cout<<"请输入要释放的分区号："; cin>>ID; Recycle(ID); } else if(choice==3)//显示主存 show(); else if(choice==0)//退出 break; else//非法输入 { cout<<"输入有误！"< continue; } } } 课程设计 题目：主存空间的分配与回收 学生姓名： 学院：信息工程学院 系别：计算机系 专业：计算机科学与技术 班级：计算机 指导教师：副教授 副教授 2011年月日 内蒙古工业大学课程设计任务书（三） 学院（系）：信息学院计算机系课程名称：操作系统课程设计指导教师（签名）：专业班级：计算机09-2 学生姓名：学号： 目录 第一章背景研究 (1) 1.1课题简介 (1) 1.2 设计要求 (1) 1.3概念原理 (1) 1.4 环境说明和使用工具 (2) 第二章详细设计 (2) 2.1功能介绍 (2) 2.1.1分配函数发fenpei()的执行过程（最佳适应算法） (2) 2.1.2回收进程空间所占的函数free()的执行过程 (2) 2.2函数的规格说明 (3) 2.2.1打印分配表空闲表函数 print() (3) 2.2.2为进程分配空间函数 fenpei(char *c, struct node *p,struct node *f) (3) 2.2.3回收进程所占空间函数struct node * free(char *c, struct node *p,struct node *f) (3) 2.3 主要数据结构 (3) 2.4 流程图 (5) 第三章核心算法的实现 (6) 3.1 分配函数 (6) 3.2回收函数 (11) 第四章测试 (15) 4.1 预测试 (15) 4.2 实际运行结果（截图） (16) 第五章总结 (18) 参考文献 (25) 第一章背景研究 1.1课题简介 操作系统是当代计算机软件系统的核心，是计算机系统的基础和支撑，它管理和控制着计算机系统中的所有软、硬件资源，可以说操作系统是计算机系统的灵魂。操作系统课程是计算机专业学生必须学习和掌握的基础课程, 是计算机应用人员深入了解和使用计算机的必备知识, 是进行系统软件开发的理论基础，也是计算机科学与技术专业的一门理论性和实践性并重的核心主干课程。本课程的目的是使学生掌握现代计算机操作系统的基本原理、基本设计方法及实现技术，具有分析现行操作系统和设计、开发实际操作系统的基本能力。 通过本次课程设计熟悉主存空间的分配与回收，所谓分配，就是解决多道作业或多进程如何共享主存空间的问题。所谓回收，就是当作业运行完成时，将作业或进程所占用的主存空间归还给系统。采用可变式分区管理，使用最佳适应算法实现主存的分配与回收。深入研究此算法有助于我们全面的理解内存的分配原理，培养我们逻辑思维能力。 1.2 设计要求 设计多个作业或进程动态请求内存资源的模拟系统，使用最佳适应算法实现内存的分配与回收，实现可变式分区管理；设计相应的内存分配算法，定义相关数据结构，以及输出显示每次请求分配内存的结果和内存的已分配和未分配的状况。 1.3概念原理 可变式分区管理的原理：区域的大小及起始地址是可变的，根据程序装入时的大小动态地分配一个区域。保证每个区域之中刚好放一个程序。这样可以充分地利用存储空间，提高内存的使用效率。如果一个程序运行完毕，就要释放出它所占有的分区，使之变成空闲区。这样就会出现空闲区与占用区相互交错的情况。这样就需要P 表，F表来分别表示内存的占用区状态与空闲区的状态。 消耗太多内存时回收工作进程： 最大虚拟内存（兆）：当工作进程使用的虚拟内存达到设置的值时回收工作进程，默认禁用，如果启用则默认值为500 M；建议设置为不超过虚拟内存总数的70％； 最大使用的内存（兆）：当工作进程使用的物理内存达到设置的值时回收工作进程，默认禁用，如果启用则默认值为192 M；建议设置为不超过物理内存总数的60％； 另外需要注意的是，应用程序池具有以下两种工作进程回收方式，不过这两种回收方式均不会造成Web服务的中断： 在空闲此段时间后关闭工作进程（分钟）：当工作进程空闲多少分钟后关闭此工作进程，这降低了空闲工作进程对系统资源和CPU性能的消耗，默认启用并且设置为20分钟； 核心请求队列限制为（请求次数）：当HTTP.sys接收到某个客户端发送的HTTP请求时，如果处理此请求的对应应用程序池的工作进程还处于忙状态，则HTTP.sys将接收到的请求保存在对应应用程序池的请求队列中，直到工作进程空闲为止。此选项即用于设置此应用程序池的请求队列所能容纳的请求数量，默认情况下每个应用程序池的请求队列限制为保留1000个请求，如果超出则向客户端返回503错误，你可以根据需要适当进行修改，最大可以设置为65535。但是如果设置太大则会消耗大量的系统资源，而设置太小会导致客户端访问时频繁出现503错误。 启用CPU监视：监视此应用程序池的CPU使用率，默认未启用；如果某个应用程序池占用的CPU利用率过多，那么可以通过配置此选项来限制此应用程序池； 最大CPU使用率（百分比）：所设置的应用程序池所能使用的最大CPU使用率；启用CPU监视时默认值为100； 刷新CPU使用率（分钟）：刷新CPU使用率的间隔时间；启用CPU监视时默认值为5； CPU使用率超过最大使用率时执行的操作：当此应用程序池的CPU使用率超过所设置的最大CPU使用率时所进行的操作，启用CPU监视时默认为无，此时IIS只是在事件日志中进行记录而不进行其他操作；如果选择为关闭，那么IIS将关闭此应用程序池中的所有工作进程； Web园：在Web园中你可以配置此应用程序池所使用的最大工作进程数，默认为1，最大可以设置为4000000；配置使用多个工作进程可以提高该应用程序池处理请求的性能，但是在设置为使用多个工作进程之前，请考虑以下两点： 每一个工作进程都会消耗系统资源和CPU占用率；太多的工作进程会导致系统资源和CPU利用率的急剧消耗； 每一个工作进程都具有自己的状态数据，如果Web应用程序依赖于工作进程保存状态数据，那么可能不支持使用多个工作进程。 性能 在性能标签你可以设置工作进程的运行方式： 西安邮电大学 （计算机学院） 课内实验报告 实验名称：内存管理 专业名称：软件工程 班级： 学生姓名： 学号（8位）： 指导教师： 实验日期： 实验五：进程 1.实验目的 通过深入理解区管理的三种算法，定义相应的数据结构，编写具体代码。充分模拟三种算法的实现过程，并通过对比，分析三种算法的优劣。 （1）掌握内存分配FF，BF，WF策略及实现的思路； （2）掌握内存回收过程及实现思路； （3）参考给出的代码思路，实现内存的申请、释放的管理程序，调试运行，总结程序设计中出现的问题并找出原因，写出实验报告。 2.实验要求： 1）掌握内存分配FF，BF，WF策略及实现的思路； 2）掌握内存回收过程及实现思路； 3）参考本程序思路，实现内存的申请、释放的管理程序，调试运行，总结程序设计中出现的问题并找出原因，写出实验报告。 3.实验过程： 创建进程： 删除其中几个进程：(默认以ff首次适应算法方式排列) Bf最佳适应算法排列方式： wf最差匹配算法排列方式： 4.实验心得： 这次实验实验时间比较长，而且实验指导书中对内存的管理讲的很详细，老师上课的时候也有讲的很详细，但是代码比较长，刚开始的时候也是不太懂，但是后面经过和同学一起商讨，明白几种算法的含义： ①首次适应算法。在采用空闲分区链作为数据结构时，该算法要求空闲分区链表以地址递增的次序链接。在进行内存分配时，从链首开始顺序查找，直至找到一个能满足进程大小要求的空闲分区为止。然后，再按照进程请求内存的大小，从该分区中划出一块内存空间分配给请求进程，余下的空闲分区仍留在空闲链中。 ②循环首次适应算法。该算法是由首次适应算法演变而形成的，在为进程分配内存空间时，从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，直至找到第一个能满足要求的空闲分区，并从中划出一块与请求的大小相等的内存空间分配给进程。 ③最佳适应算法将空闲分区链表按分区大小由小到大排序，在链表中查找第一个满足要求的分区。 ④最差匹配算法将空闲分区链表按分区大小由大到小排序，在链表中找到第一个满足要求的空闲分区。 实验中没有用到循环首次适应算法，但是对其他三种的描述还是很详细，总的来说，从实验中还是学到了很多。 5.程序源代码： #include 一．实验目的 通过编写和调试存储管理的模拟程序以加深对存储管理方 案的理解，熟悉可变分区存储管理的内存分配和回收。 二．实验内容 1．确定内存空间分配表； 2．采用最优适应算法完成内存空间的分配和回收； 3．编写主函数对所做工作进行测试。 三．实验背景材料 实现可变分区的分配和回收，主要考虑的问题有三个：第一，设计记录内存使用情况的数据表格，用来记录空闲区和作业占用的区域；第二，在设计的数据表格基础上设计内存分配算法；第三，在设计的数据表格基础上设计内存回收算法。 首先，考虑第一个问题，设计记录内存使用情况的数据表格，用来记录空间区和作业占用的区域。 由于可变分区的大小是由作业需求量决定的，故分区的长度是预先不固定的，且分区的个数也随内存分配和回收变动。总之，所有分区情况随时可能发生变化，数据表格的设计必须和这个特点相适应。由于分区长度不同，因此设计的表格应该包括分区在内存中的起始地址和长度。由于分配时空闲区有时会变成两个分区：空闲区和已分分区，回收内存分区时，可能会合并空闲分区，这样如果整个内存采用一张表格记录己分分区和空闲区，就会使表格操作繁琐。分配内存时查找空闲区进行分配，然后填写己分 配区表，主要操作在空闲区；某个作业执行完后，将该分区变成空闲区，并将其与相邻的空闲区合并，主要操作也在空闲区。由此可见，内存的分配和回收主要是对空闲区的操作。这样为了便于对内存空间的分配和回收，就建立两张分区表记录内存使用情况，一张表格记录作业占用分区的“己分分区表”；一张是记录空闲区的“空闲区表”。这两张表的实现方法一般有两种：一种是链表形式，一种是顺序表形式。在实验中，采用顺序表形式，用数组模拟。由于顺序表的长度必须提前固定，所以无论是“已分分区表”还是“空闲区表”都必须事先确定长度。它们的长度必须是系统可能的最大项数。 “已分分区表”的结构定义 #definen10//假定系统允许的最大作业数量为n struct {floataddress;//已分分区起始地址 floatlength;//已分分区长度、单位为字节 intflag;//已分分区表登记栏标志，“0”表示空栏目，实验中只支持一个字符的作业名 }used_table[n];//已分分区表 “空闲区表”的结构定义 #definem10//假定系统允许的空闲区最大为m struct {floataddress;//空闲区起始地址 Java 内存释放 （问题一：什么叫垃圾回收机制？）垃圾回收是一种动态存储管理技术，它自动地释放不再被程序引用的对象，按照特定的垃圾收集算法来实现资源自动回收的功能。当一个对象不再被引用的时候，内存回收它占领的空间，以便空间被后来的新对象使用，以免造成内存泄露。 （问题二：java的垃圾回收有什么特点？）JAVA语言不允许程序员直接控制内存空间的使用。内存空间的分配和回收都是由JRE负责在后台自动进行的，尤其是无用内存空间的回收操作(garbagecollection,也称垃圾回收)，只能由运行环境提供的一个超级线程进行监测和控制。 （问题三：垃圾回收器什么时候会运行？）一般是在CPU空闲或空间不足时 自动进行垃圾回收，而程序员无法精确控制垃圾回收的时机和顺序等。 （问题四：什么样的对象符合垃圾回收条件？）当没有任何获得线程能访问一个对象时，该对象就符合垃圾回收条件。 （问题五：垃圾回收器是怎样工作的？）垃圾回收器如发现一个对象不能被任何活线程访问时，他将认为该对象符合删除条件，就将其加入回收队列，但不是立即销毁对象，何时销毁并释放内存是无法预知的。垃圾回收不能强制执行，然 而Java提供了一些方法（如：System.gc()方法），允许你请求JVM执行垃圾回收，而不是要求，虚拟机会尽其所能满足请求，但是不能保证JVM从内存中删除所有不用的对象。 （问题六：一个java程序能够耗尽内存吗？）可以。垃圾收集系统尝试在对 象不被使用时把他们从内存中删除。然而，如果保持太多活的对象，系统则可能会耗尽内存。垃圾回收器不能保证有足够的内存，只能保证可用内存尽可能的得到高效的管理。 （问题七：如何显示的使对象符合垃圾回收条件？） （1）空引用：当对象没有对他可到达引用时，他就符合垃圾回收的条件。也就是说如果没有对他的引用，删除对象的引用就可以达到目的，因此我们可以把引用变量设置为null，来符合垃圾回收的条件。 Java代码 1.StringBuffer sb = new StringBuffer("hello"); 操作系统实验 内存的分配与回收 实验报告 一、实验题目：内存的分配与回收 二、实验内容：利用可变分区的首次适应算法，模拟内存的分配与回收。 三、实验目的：掌握可变分区首次适应算法的原理以及其编程实现。 四、实验过程： 1、基本思想：可变分区分配是根据进程的实际需求，动态地为之分配内存空间。首次适应算法要求空闲空间链以地址递增的次序链接。进行内存分配时，从链表头部开始依次检索，找到第一个不小于请求空间大小的空闲空间进行分配。分配时需考虑碎片问题，若分配会导致碎片产生则将整块分区分配。内存的回收需要考虑四种情况：⑴回收分区前后两个分区都空闲，则需要和前后两个分区合并；（2）回收分区只有前一分区空闲，则与前一分区合并；（3）回收分区只有后一分区空闲，则和后一分区合并；（4）回收分区独立，不考虑合并 。 2、主要数据结构： struct FreeArea{ 链结点包含的数据：分区号、大小、起址、标记 i nt ID; i nt size; l ong address; i nt sign; }; struct Node { 双链表结点结构体：数据区、前向指针、后继指针 F reeArea data; s truct Node *prior; s truct Node *next; }*DLinkList; 3、输入、输出： 输入： I.内存分配时由键盘输入分区ID和大小； II.内存回收时由键盘输入需要回收的分区ID； 输出：输出内存的分配情况（按照地址从低到高） 4、程序流程图： 5、实验结果截屏： 6、源程序代码： #include 深圳市锐业电子有限公司https://www.docsj.com/doc/d114193033.html, 深圳市锐业电子有限公司是一家实力雄厚的全球电子元器件库存处理商，针对全球电子贸易商，工厂，代理商的电子元器件库存积压收购。长期收购您剩余的，生产线停产的、产品订单取消等问题而造成库存积压，在这里我们整批采购或单颗采购。我们感兴趣的电子零件包括主动及被动器件，从IC芯片，集成电路，单片机，内存芯片，内存条回收，光耦，CPU到二、三极管、电容、钽电容、电感，插座、晶振等一切电子元器件。我们致力于帮助提高库存周转率和资金利用率，并且降低客户的仓储成本以及管理成本。 回收产品介绍： 1 回收：MacBook Pro、MacBook Air、iMac、iPad、iPhone等苹果全系列产品。 2 回收：联想、戴尔、华硕、宏基、三星、东芝、索尼、惠普、神舟等品牌笔记本。 3 回收：品牌台式电脑、组装DIY电脑、服务器、显示器、一体机电脑等电脑设备。 4 回收：电脑各种配件、CPU、内存条、硬盘、主板、显卡、服务器配件等。 回收对象：公司、个人、企业单位等。上门提货，快捷支付，安全方便. 我们承诺：对所有回收来的电脑硬盘经过专业格式化处理，让您的数 深圳市锐业电子有限公司https://www.docsj.com/doc/d114193033.html, 据更放心，不泄密。 关于价格:我们会派相关专业人员上门，对照市场的行情，为您所处理的电脑物品免费估价, 保证回收价格公道合理。 选择锐业电子的原因： 1、实力雄厚、资金充裕，可以一次性现金收购1000万元以内的库存。 2、全面而专业的评估团队。我们由20多名有数十年经验的评估专家构成，无论IC、内存芯片，三极管、电容，电感等都有专业人员评估，为客户提供一站式服务。 3、快捷的反馈。我们在接到电话的2小时内会给客户回应，并在24小时内报价供客户参考。 4、提供多样化的库存处理解决方案供客户选择。可以统货一次性清仓收购也可以代销。 5、全面而畅通的渠道及全球化的分支机构。我们在深圳、香港均有设点，可以大陆交货也可以香港接货。 6、一切现金交易，无需售后。选择全部在您，风险全部在我! 7、为客户保密，我们承诺不泄露客户的任何信息给第三方。 嵌入式系统中，动态分配内存可能发生的 问题是什么 中断是嵌入式系统中重要的组成部分，这导致了很多编译开发商提供一种扩展—让标准C支持中断。具代表事实是，产生了一个新的关键字__interrupt。下面的代码就使用了__interrupt关键字去定义了一个中断服务子程序(ISR)，请评论一下这段代码的。__interrupt do 1．压控振荡器的英文缩写。2．动态随机存储器的英文缩写。3．选择电阻时要考虑什么？4．单片机上电后没有运转，首先要检查什么？5．计算机的基本组成部分及其各自的作用。6．怎样用D 触发器、与或非门组成二分频电路？ 这个问题用几个解决方案。我首选的方案是：while(1) { } 一些程序员更喜欢如下方案：for(;;) { } 这个实现方式让我为难，因为这个语法没有确切表达到底怎么回事。如果一个应试者给出这个作为方案，我将用这个作为一个机会去探究他们这样做的基本原理。如果一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样，编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份。下面是volatile变量的几个例子：1). 回答不出这个问题的人是不会被雇佣的。我认为这是区分C程序员和嵌入式系统程序员的最基本的问题。嵌入式系统程序员经常同硬件、中断、RTOS等等打交道，所用这些都要求volatile变量。不懂得volatile内容将会带来灾难。假设被面试者正确地回答了这是问题（嗯， 尽管不像非嵌入式计算机那么常见，嵌入式系统还是有从堆（heap）中动态分配内存的过程的。那么嵌入式系统中，动态分配内存可能发生的问题是什么？这里，我期望应试者能提到内存碎片，碎片收集的问题，变量的持行时间等等。这个主题已经在ESP杂志中被广泛地讨 上次讲到引用类型和基本类型由于内存分配上的差异导致的性能问题。那么今天就来聊一下和内存释放（主要是gc）有关的话题。 事先声明一下：虽说sun公司已经被oracle吞并了，但是出于习惯，同时也为了偷懒节省打字，以下仍然称之为sun公司。 ★jvm的内存 在java虚拟机规范中（具体章节请看“这里”），提及了如下几种类型的内存空间： ◇栈内存（stack）：每个线程私有的。 ◇堆内存（heap）：所有线程公用的。 ◇方法区（method area）：有点像以前常说的“进程代码段”，这里面存放了每个加载类的反射信息、类函数的代码、编译时常量等信息。 ◇原生方法栈（native method stack）：主要用于jni中的原生代码，平时很少涉及。 关于栈内存（stack）和堆内存（heap），已经在上次的帖子中扫盲过了，大伙儿应该有点印象。由于今天咱们要讨论的“垃圾回收”话题，主要是和堆内存（heap）有关。其它的几个玩意儿不是今天讨论的重点。等以后有空了，或许可以单独聊一下。 ★垃圾回收机制简介 其实java虚拟机规范中并未规定垃圾回收的相关细节。垃圾回收具体该怎么搞，完全取决于各个jvm的设计者。所以，不同的jvm之间，gc的行为可能会有一定的差异。下面咱拿sun官方的jvm来简单介绍一下gc的机制。 ◇啥时候进行垃圾回收？ 一般情况下，当jvm发现堆内存比较紧张、不太够用时，它就会着手进行垃圾回收工作。但是大伙儿要认清这样一个残酷的事实：jvm进行gc的时间点是无法准确预知的。因为gc启动的时刻会受到各种运行环境因素的影响，随机性太大。 虽说咱们无法准确预知，但如果你想知道每次垃圾回收执行的情况，还是蛮方便的。可以通过jvm的命令行参数“-xx:+printgc”把相关信息打印出来。 另外，调用system.gc()只是建议jvm进行gc。至于jvm到底会不会做，那就不好说啦。通常不建议自己手动调用system.gc()，还是让jvm自行决定比较好。另外，使用jvm命令行参数“-xx:+disableexplicitgc”可以让system.gc()不起作用。 ◇谁来负责垃圾回收？ 一般情况下，jvm会有一个或多个专门的垃圾回收线程，由它们负责清理回收垃圾内存。 ◇如何发现垃圾对象？ 垃圾回收线程会从“根集（root set）”开始进行对象引用的遍历。所谓的“根集”，就是正在运行的线程中，可以访问的引用变量的集合（比如所有线程当前函数的参数和局部变量、当前类的成员变量等等）。垃圾回收线程先找出被根集直接引用的所有对象（不妨叫集合1），然后再找出被集合1直接引用的所有对象（不妨叫集合2），然后再找出被集合2直接引用的所有对象......如此循环往复，直到把能遍历到的对象都遍历完。 凡是从根集通过上述遍历可以到达的对象，都称为可达对象或有效对象；反之，则是不可达对象或失效对象（也就是垃圾）。 ◇如何清理/回收垃圾？ 通过上述阶段，就把垃圾对象都找出来。然后垃圾回收线程会进行相应的清理和回收工作，包括：把垃圾内存重新变为可用内存、进行内存的整理以消除内存碎片、等等。这个过程会涉及到若干算法，有兴趣的同学可以参见“这里”。限于篇幅，咱就不深入聊了。 ◇分代 早期的jvm是不采用分代技术的，所有被gc管理的对象都存放在同一个堆里面。这么做的缺点比较明显：每次进行gc都要遍历所有对象，开销很大。其实大部分的对象生命周期都很短（短命对象），只有少数对象比较长寿；在这些短命对象中，又只有少数对象占用的内存空间大；其它大量的短命对象都属于小对象（很符合二八原理）。 有鉴于此，从jdk 1.2之后，jvm开始使用分代的垃圾回收（generational garbage collection）。jvm把gc相关的内存分为年老代（tenured）和年轻代（nursery）、持久代（permanent，对应于jvm规范的方法区）。大部分对象在刚创建时，都位于年轻代。如果某对象经历了几轮gc还活着（大龄对象），就把它移到年老代。另外，如果某个对象在创建时比较大，可能就直接被丢到年老代。经过这种策略，使得年轻代总是保存那些短命的小对象。在空间尺寸上，年轻代相对较小，而年老代相对较大。 因为有了分代技术，jvm的gc也相应分为两种：主要收集（major collection）和次要收集（minor collection）。主要收集同时清理年老代和年轻代，因此开销很大，不常进行；次要收集仅仅清理年轻代，开销很小，经常进行。 ★gc对性能会有啥影响？ 刚才介绍了gc的大致原理，那gc对性能会造成哪些影响捏？主要有如下几个方面： ◇造成当前运行线程的停顿 早期的gc比较弱智。在它工作期间，所有其它的线程都被暂停（以免影响垃圾回收工作）。等到gc干完活，其它线程再继续运行。所以，早期jdk的gc一旦开始工作，整个程序就会陷入假死状态，失去各种响应。 学生学号 实验课成绩 武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称 计算机操作系统 开 课 学 院 计算机科学与技术学院 指导老师姓名 学 生 姓 名 学生专业班级 2016 — 2017 学年第一学期 实验三 内存管理 一、设计目的、功能与要求 1、实验目的 掌握内存管理的相关内容，对内存的分配和回收有深入的理解。 2、实现功能 模拟实现内存管理机制 3、具体要求 任选一种计算机高级语言编程实现 选择一种内存管理方案：动态分区式、请求页式、段式、段页式等 能够输入给定的内存大小，进程的个数，每个进程所需内存空间的大小等 能够选择分配、回收操作 内购显示进程在内存的储存地址、大小等 显示每次完成内存分配或回收后内存空间的使用情况 二、问题描述 所谓分区，是把内存分为一些大小相等或不等的分区，除操作系统占用一个分区外，其余分区用来存放进程的程序和数据。本次实验中才用动态分区法，也就是在作业的处理过程中划分内存的区域，根据需要确定大小。 动态分区的分配算法：首先从可用表/自由链中找到一个足以容纳该作业的可用空白区，如果这个空白区比需求大，则将它分为两个部分，一部分成为已分配区，剩下部分仍为空白区。最后修改可用表或自由链，并回送一个所分配区的序号或该分区的起始地址。 最先适应法：按分区的起始地址的递增次序，从头查找，找到符合要求的第一个分区。 最佳适应法：按照分区大小的递增次序，查找，找到符合要求的第一个分区。 最坏适应法：按分区大小的递减次序，从头查找，找到符合要求的第一个分区。 三、数据结构及功能设计 1、数据结构 定义空闲分区结构体，用来保存内存中空闲分区的情况。其中size属性表示空闲分区的大小，start_addr表示空闲分区首地址，next指针指向下一个空闲分区。 //空闲分区 typedef struct Free_Block { int size; int start_addr; struct Free_Block *next; } Free_Block; Free_Block *free_block; 定义已分配的内存空间的结构体，用来保存已经被进程占用了内存空间的情况。其中pid作为该被分配分区的编号，用于在释放该内存空间时便于查找。size表示分区的大小，start_addr表示分区的起始地址，process_name存放进程名称，next指针指向下一个分区。 //已分配分区的结构体 typedef struct Allocate_Block { int pid; int size; int start_addr; char process_name[PROCESS_NAME_LEN]; struct Allocate_Block *next; } Allocate_Block; 2、模块说明 2.1 初始化模块 对内存空间进行初始化，初始情况内存空间为空，但是要设置内存的最大容量，该内存空间的首地址，以便之后新建进程的过程中使用。当空闲分区初始化 Java 中的堆和栈 简单的说： Java把内存划分成两种：一种是栈内存，一种是堆内存。 在函数中定义的一些基本类型的变量和对象的引用变量都在函数的栈内存中分配。 当在一段代码块定义一个变量时，Java就在栈中为这个变量分配内存空间，当超过变量的作用域后，Java会自动释放掉为该变量所分配的内存空间，该内存空间可以立即被另作他用。 堆内存用来存放由new创建的对象和数组。 在堆中分配的内存，由Java虚拟机的自动垃圾回收器来管理。 在堆中产生了一个数组或对象后，还可以在栈中定义一个特殊的变量，让栈中这个变量的取值等于数组或对象在堆内存中的首地址，栈中的这个变量就成了数组或对象的引用变量。 引用变量就相当于是为数组或对象起的一个名称，以后就可以在程序中使用栈中的引用变量来访问堆中的数组或对象。 具体的说： 栈与堆都是Java用来在Ram中存放数据的地方。与C++不同，Java自动管理栈和堆，程序员不能直接地设置栈或堆。 Java的堆是一个运行时数据区,类的(对象从中分配空间。这些对象通过new、newarray、anewarray和multianewarray等指令建立，它们不需要程序代码来显式的释放。堆是由垃圾回收来负责的，堆的优势是可以动态地分配内存大小，生存期也不必事先告诉编译器，因为它是在运行时动态分配内存的，Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是，由于要在运行时动态分配内存，存取速度较慢。 栈的优势是，存取速度比堆要快，仅次于寄存器，栈数据可以共享。但缺点是，存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性。栈中主要存放一些基本类型的变量（,int, short, long, byte, float, double, boolean, char）和对象句柄。 栈有一个很重要的特殊性，就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义： int a = 3; int b = 3； 编译器先处理int a = 3；首先它会在栈中创建一个变量为a的引用，然后查找栈中是否有3这个值，如果没找到，就将3存放进来，然后将a指向3。接着处理int b = 3；在创建完b的引用变量后，因为在栈中已经有3这个值，便将b直接指向3。这样，就出现了a与b同时均指向3的情况。这时，如果再令a=4；那么编译器会重新搜索栈中是否有4值，如果没有，则将4存放进来，并令a指向4；如果已经有了，则直接将a指向这个地址。因此a值的改变不会影响到b 的值。要注意这种数据的共享与两个对象的引用同时指向一个对象的这种共享是不同的，因为这种情况a的修改并不会影响到b, 它是由编译器完成的，它有利于节省空间。而一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态，会影响到另一个对象引用变量。 String是一个特殊的包装类数据。可以用： String str = new String("abc"); String str = "abc"; 两种的形式来创建，第一种是用new()来新建对象的，它会在存放于堆中。每调用一次就会创建一个新的对象。 而第二种是先在栈中创建一个对String类的对象引用变量str，然后查找栈中有没有存放"abc"，如果没有，则将"abc"存放进栈，并令str指向”abc”，如果已经有”abc”则直接令 str指向“abc”。 比较类里面的数值是否相等时，用equals()方法；当测试两个包装类的引用是否指向同一个对象时，用==，下面用例子说明上面的理论。 String str1 = "abc"; String str2 = "abc"; System.out.println(str1==str2); //true 实验四存分配算法 1.实验目的 一个好的计算机系统不仅要有一个足够容量的、存取速度高的、稳定可靠的主存储器，而且要能合理地分配和使用这些存储空间。当用户提出申请主存储器空间时，存储管理必须根据申请者的要求，按一定的策略分析主存空间的使用情况，找出足够的空闲区域分配给申请者。当作业撤离或主动归还主存资源时，则存储管理要收回作业占用的主存空间或归还部分主存空间。主存的分配和回收的实现是与主存储器的管理方式有关的，通过本实验帮助学生理解在动态分区管理方式下应怎样实现主存空间的分配和回收。 背景知识： 可变分区方式是按作业需要的主存空间大小来分割分区的。当要装入一个作业时，根据作业需要的主存量查看是否有足够的空闲空间，若有，则按需要量分割一个分区分配给该作业；若无，则作业不能装入。随着作业的装入、撤离、主存空间被分成许多个分区，有的分区被作业占用，而有的分区是空闲的。 2.实验容 采用首次适应算法或循环首次算法或最佳适应算法分配主存空间。 由于本实验是模拟主存的分配，所以当把主存区分配给作业后并不实际启动装入程序装入作业，而用输出“分配情况”来代替。（即输出当时的空闲区说明表及其存分配表） 利用VC++6.0实现上述程序设计和调试操作。 3.实验代码 #include 主存空间的分配与回收实验报告 实验报告 课程名称：操作系统 实验名称：主存空间的分配与回收学号： 110310014 学生姓名：于钊 班级：信管1101班 指导教师：吴联世 实验日期： 2013 年12月5日 3、采用最先适应算法（顺序分配算法）分配主存空间。 按照作业的需要量，查空闲区说明表，顺序查看登记栏，找到第一个能满足要求的空闲区。当空闲区大于需要量时，一部分用来装入作业，另一部分仍为空闲区登记在空闲区说明表中。 由于本实验是模拟主存的分配，所以把主存区分配给作业后并不实际启动装入程序装入作业，而用输出“分配情况”来代替。 4、当一个作业执行完成撤离时，作业所占的分区应该归还给系统，归还的分区如果与其它空闲区相邻，则应合成一个较大的空闲区，登记在空闲区说明表中。例如，在上述中列举的情况下，如果作业2撤离，归还所占主存区域时，应与上、下相邻的空闲区一起合成一个大的空闲区登记在空闲区说明表中。 2）程序结构（流程图） 首次适应分配模拟算法 主存回收算法 3）实现步骤 实现动态分区的分配与回收，主要考虑三个问题：第一，设计记录主存使用情况的数据表格，用来记录空闲区和作业占用的区域；第二，在设计的数据表格基础上设计主存分配算法；第三，在设计的数据表格基础上设计主存回收算法。 1．设计记录主存使用情况的数据表格 由于动态分区的大小是由作业需求量决定的，故分区的长度是预先不固定的，且分区的个数也随主存分配和回收变动。总之，所有分区情况随时可能发生变化，数据表格的设计必须和这个特点相适应。由于分区长度不同，因此设计的表格应该包括分区在主存中的起始地址和长度。由于分配时，空闲区有时会变成两个分区：空闲区和已分分区，回收主存分区时，可能会合并空闲区，这样如果整个主存采用一张表格记录已分分区和空闲区，就会使表格操作繁琐。主存分配时查找空闲区进行分配，然后填写已分配区表，主要操作在空闲区；某个作业执行完后，将该分区贬词空闲区，并将其与相邻的空闲区合并，主要操作也在空闲区。由此可见，主存的分配与回收主要时对空闲区的操作。这样为了便于对主存空间的分配与回收，就建立两张分区表记录主存的使用情况：“已分配区表”记录作业占用分区，“空闲区表”记录空闲区。 这两张表的实现方法一般由两种：链表形式、顺序表形式。在本实验中，采用顺序表形式，用数组模拟。由于顺序表的长度必须提前固定，所以无论是“已分配区表”还是“空闲区表”都必须事先确定长度。它们的长度必须是系统可能的最大项数，系统运行过程中才不会出错，因此在多数情况下，无论是“已分配表区”还是“空闲区表”都是空闲栏目。已分配区表中除了分区起始地址、长度 《动态分配内存与数据结构》习题 学号姓名 一、选择题 1、是一种限制存取位置的线性表，元素的存取必须服从先进先出的规则。 A．顺序表B．链表C．栈D．队列 2、是一种限制存取位置的线性表，元素的存取必须服从先进后出的规则。 A．顺序表B．链表C．栈D．队列 3、与顺序表相比，链表不具有的特点是。 A．能够分散存储数据，无需连续内存空间 B．插入和删除无需移动数据 C．能够根据下标随机访问 D．只要内存足够，没有最大长度的限制 4、如果通过new运算符动态分配失败，返回结果是。 A．-1 B．0 C．1D．不确定 5、实现深复制中，不是必须自定义的。 A．构造函数B．复制构造函数 C．析构函数D．复制赋值操作符函数 6、分析下列代码是否存在问题，选择合适的选项：。 int main(void) { int *p = new int [10]; p = new int [10]; delete [] p; p = NULL; return 0; } A．没有问题 B．有内存泄漏 C．存在空悬指针 D．存在重复释放同一空间 7、通过new运算符动态分配的对象，存储于内存中的。 A．全局变量与静态变量区 B．代码区 C．栈区 D．堆区 8、下列函数中，可以是虚函数。 A．构造函数 B．析构函数 C．静态成员函数 D．友元函数 9、关于通过new运算符动态创建的对象数组，下列判断中是错误的。 A. 动态创建的对象数组只能调用默认构造函数 B. 动态创建的对象数组必须调用delete []动态撤销 C. 动态创建的对象数组的大小必须是常数或常变量 D. 动态创建的对象数组没有数组名 10、顺序表不具有的特点是 A. 元素的存储地址连续 B. 存储空间根据需要动态开辟，不会溢出 C. 可以直接随机访问元素 D. 插入和删除元素的时间开销与位置有关 11、假设一个对象Ob1的数据成员是指向动态对象的指针，如果采用浅复制的方式复制该对象得到对象Ob2，那么在析构对象Ob1和对象Ob2时会的问题。 A. 有重复释放 B. 没有 C. 内存泄漏 D. 动态分配失败 12、假设对5个元素A、B、C、D、E进行压栈或出栈的操作，压栈的先后顺序是ABCDE，则出栈的先后顺序不可能是。 A. ABCDE B. EDCBA C. EDBCA D. BCADE 13、假设对4个元素A、B、C、D、E进行压栈或出栈的操作，压栈的先后顺序是ABCD，则出栈的先后顺序不可能是。 A. ABCD B. DCBA C. BCAD D. DCAB 14、通过new运算符动态创建的对象的存放在中。 A. 代码区 B. 栈区 C. 自由存储区 D. 全局数据区 15、链表不具有的特点是。 A. 元素的存储地址可以不连续 B. 存储空间根据需要动态开辟，不会溢出 C. 可以直接随机访问元素 D. 插入和删除元素的时间开销与位置无关 16、有关内存分配和释放的说法，下面当中错误的是 A．new运算符的结果只能赋值给指针变量 B．动态创建的对象数组必须调用delete []动态撤销 C．用new分配的空间位置是在内存的栈区 D．动态创建的对象数组没有数组名 17、关于栈，下列哪项不是基本操作 A．删除栈顶元素 B．删除栈底元素 C．判断栈是否为空 D．把栈置空 18、关于链表，说法错误的是 java垃圾回收机制是怎样的 手动管理内存 在介绍现代版的垃圾回收之前，我们先来简单地回顾下需要手 动地显式分配及释放内存的那些日子。如果你忘了去释放内存，那么这块内存就无法重用了。这块内存被占有了却没被使用。这种场景被称之为内存泄露。 下面是用C写的一个手动管理内存的简单例子： intsend_request() { size_tn=read_size(); int*elements=malloc(n*sizeof(int)); if(read_elements(n,elements) 11intsend_request(){size_tn=read_size();stared_ptrelements= make_shared();if(read_elements(n,elements) 计算机操作系统内存分配实验报告记录 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 一、实验目的 熟悉主存的分配与回收。理解在不同的存储管理方式下，如何实现主存空间的分配与回收。掌握动态分区分配方式中的数据结构和分配算法及动态分区存储管理方式及其实现过程。 二、实验内容和要求 主存的分配和回收的实现是与主存储器的管理方式有关的。所谓分配，就是解决多道作业或多进程如何共享主存空间的问题。所谓回收，就是当作业运行完成时将作业或进程所占的主存空间归还给系统。 可变分区管理是指在处理作业过程中建立分区，使分区大小正好适合作业的需求，并且分区个数是可以调整的。当要装入一个作业时，根据作业需要的主存量查看是否有足够的空闲空间，若有，则按需要量分割一个分区分配给该作业；若无，则作业不能装入，作业等待。随着作业的装入、完成，主存空间被分成许多大大小小的分区，有的分区被作业占用，而有的分区是空闲的。 实验要求使用可变分区存储管理方式，分区分配中所用的数据结构采用空闲分区表和空闲分区链来进行，分区分配中所用的算法采用首次适应算法、最佳适应算法、最差适应算法三种算法来实现主存的分配与回收。同时，要求设计一个实用友好的用户界面，并显示分配与回收的过程。同时要求设计一个实用友好的用户界面,并显示分配与回收的过程。 三、实验主要仪器设备和材料 实验环境 硬件环境：PC或兼容机 软件环境：VC++ 6.0 四、实验原理及设计分析 某系统采用可变分区存储管理，在系统运行当然开始，假设初始状态下，可用的内存空间为640KB，存储器区被分为操作系统分区（40KB）和可给用户的空间区（600KB）。 （作业1 申请130KB、作业2 申请60KB、作业3 申请100KB 、作业2 释放 60KB 、作业4 申请 200KB、作业3释放100KB、作业1 释放130KB 、作业5申请140KB 、作业6申请60KB 、作业7申请50KB） 当作业1进入内存后，分给作业1（130KB），随着作业1、2、3的进入，分别分配60KB、100KB，经过一段时间的运行后，作业2运行完毕，释放所占内存。此时，作业4进入系统，要求分配200KB内存。作业3、1运行完毕，释放所占内存。此时又有作业5申请140KB，作业6申请60KB，作业7申请50KB。为它们进行主存分配和回收。 1、采用可变分区存储管理，使用空闲分区链实现主存分配和回收。 空闲分区链：使用链指针把所有的空闲分区链成一条链，为了实现对空闲分区的分配和链接，在每个分区的起始部分设置状态位、分区的大小和链接各个分区的前向指针，由状态位指示该分区是否分配出去了；同时，在分区尾部还设置有一后向指针，用来链接后面的分区；分区中间部分是用来存放作业的空闲内存空间，当该分区分配出去后，状态位就由“0”置为“1”。 设置一个内存空闲分区链，内存空间分区通过空闲分区链来管理，在进行内存分配时，系统优先使用空闲低端的空间。 设计一个空闲分区说明链，设计一个某时刻主存空间占用情况表，作为主存当前使用基础。初始化空间区和已分配区说明链的值，设计作业申请队列以及作业完成后释放顺序，实现主存的分配和回收。要求每次分配和回收后显示出空闲内存分区链的情况。把空闲区说明内存分配与回收
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