第8章动态存储管理

数据结构---第八章 动态存储管理
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8.2 边界标识法 双向循环链表的应用 边界标识法—双向循环链表的应用
8.2.1 可利用空间表的结点结构 head (块头)
llink tag size rlink space uplink tag
foot (块尾)
标志位: tag= 1 占用块 0 空闲块
size size以"字"为单位, size以 为单位, head和foot各占一个字空 head和foot各占一个字空 间. 块尾的作用: 简化回收算法
分配2k
大小 2i-1 2i-2 ... ... 2k 起始地址 p+2i-1 p+ 2i-2 ... ... p+2k
插入相应的子表.
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8.3.3 回收算法 p [算法思想 算法思想] 算法思想 考虑合并 q 设归还块的起始地址为p,大小为2k 1)计算p的伙伴块的地址q:q=buddy(p,k) 2)若q空闲,合并出起始地址为p=min{p,q}, q k+1的块; 大小为2 p 将q从k子表中删除; 修改k:k=k+1,转1) 3)若q被占用,则将起始地址为p,大小为2k的块插 入k子表中.
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8.3.2 分配算法 (申请容量为n的存储空间) p [算法思想 算法思想] 算法思想 2i-2 1)计算k值:k=log2n 2i 2i-1 2)从子表k开始找可用的块 2.1)k子表有,取出分配,结束; 2.2)否则,若从k向下找到i (i>k)子表有可用块 (起始地址为p),则取出2k分配,剩余的块
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[其它算法 其它算法] 其它算法
– Lazy-Buddy
解决申请/释放可能会导致连锁切块/合并.该合并时, 通过一定"lazy"策略,暂时不合并,在合适的时机合 并
– Slab 最早出现在Solaris, 在Linux中采用
避免了碎片问题,并且与内存的分页系统很好配合工作, 分配归还的效率很高. 基本思路:每次申请一个内存页面(4096字节)或者 多个,切割成所需要的固定大小.不同大小的内存申 请,使用不同的空闲队列.
8.3.1 可利用空间表的结点结构 header (块头)
llink tag kval rlink
nodesize first
标志位: tag= 1 占用块 0 空闲块
0 20
space
[存储管理方式 存储管理方式] 存储管理方式 按k值索引,相同k值 的块构成子表(双链表)
kห้องสมุดไป่ตู้2k
0 k
0 k
m 2m
注:存储块头部中大小域的值和申请分配的存储量均包含头尾 的存储空间.
802 0 56 0 pav
213 0 117 0
462 0 53 0
604 0 122 0
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�
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习题
假设利用边界标识法首次匹配策略分配,已知在某 个时刻的可利用空间表如下: (1)请画出当系统回收一个起始地址为559,大小为45 的空闲块之后的链表状态; (2)请画出系统在之后接受大小为 100的请求后又回收 地址为515,大小为44的空闲块后的链表状态.
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["伙伴"的概念] 伙伴"的概念 伙伴 当把一个存储块分为大小相等的两半时,则它们 互为伙伴. [大小为 k的伙伴的首地址之间的关系 大小为2 大小为 的伙伴的首地址之间的关系]
(0)0000 0000
22 22
23
(8)1000
0100 1000
0000 0010
分配算法 回收算法
无本质区别. 必须保持表的有序性 进行合并或在头指针处 插入即可
[边界标示法的问题 边界标示法的问题] 边界标示法的问题
查找适合需要的块,需要较多的时间 查找适合需要的块的策略(最先/最佳/最坏),每种都有缺陷 碎片问题
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8.3 伙伴系统 伙伴系统—索引+双循环链表
21 21
22 1100 22 起始地址为p,大小为2k的内存块,其伙伴的起始地址为: 23
buddy(p, k)= p+2k =xx..x100...0 当 p mod 2k+1 =0 p-2k = xx..x000...0 当 p mod 2k+1 =2k
k个0
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内存空间的初始状态 系统运行一段时间后 内存的状态
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[三种基本分配策略 三种基本分配策略] 三种基本分配策略 – 首次拟合法:分配找到的第一个不小于n的空闲块 的一部分.操作方便,查找快捷 – 最佳拟合法:分配不小于n且最接近n的空闲块的一 部分.尽可能将大的空闲块留给大程序使用 – 最差拟合法:分配不小于n且是最大的空闲块的一 部分.尽可能减少分配后无用碎片
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8.2.2 分配算法 (申请容量为n的存储空间) 假设采用首次分配法,为避免过多碎片,设一常量e m-n ≤ e 将大小为m的块全部分出 > e 分出n大小,剩余留下 为使分配后剩余的小块均匀分布在链表中,可利用空 间链表的头指针pav在每次分配之后,指向被分配块的 后继块
[伙伴系统原理 伙伴系统原理] 伙伴系统原理 伙伴系统的空闲块大小以2k(k=0,1,2,…,m) 标定.按k 值不同组织成多个双循环链表. 系统起始时只有一个空闲块, 大小为 2m . 用户申请内存时,就将刚好满足用户需求的 2k大小的空 闲块分配给用户;若不存在 2k 大小的空闲块,就找到k 值更大的空闲块,将其分为两半(互称伙伴),按此直 至分出2k大小给用户,被分出的其它空闲块加入对应的 循环链表中. 回收时,只有伙伴才合并,并将合并后的新空闲块加入 上一级大小的空闲块链表中.
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8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 习题
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概述 边界标识法 伙伴系统 无用单元收集 存储紧缩
8.1 概述
[动态存储管理 动态存储管理] 动态存储管理 指系统随机地根据用户程序申请空间的大小,进行分 配空间和回收不用空间所进行的内存管理. [动态存储管理的一种方法 动态存储管理的一种方法] 动态存储管理的一种方法 建立可利用空间表(自由空间表/存储池),将所有可利 用的空闲内存块链接起来.
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n
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8.2.3 回收算法 设释放块的首地址指针为p,大小为n,分四种情况: 1) (p-1)->tag=1 且 (p+n)->tag=1 释放块的左右邻块均为占用块 p 将释放块插入到pav所指的结点之后或之前; 2) (p-1)->tag=0 且 (p+n)->tag=1 释放块的左邻块为空闲块,右邻块为占用块 将释放块合并到左邻块的底部,并修改相应的信息; 3) (p-1)->tag=1 且 (p+n)->tag=0 释放块的左邻块为占用块,右邻块为空闲块 将释放块合并到右邻块的顶部,并修改相应的信息 4) (p-1)->tag=0 且 (p+n)->tag=0 释放块的左右邻块均为空闲块 从链表上删除右邻块,将释放块和右邻块一起合并到 左邻块的底部
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n
比较边界标志法分别采用最佳适配和首次适配策略时,在 数据结构,分配算法和回收算法上有何不同. 最佳适配 首次适配 数据结构 空闲块应由小到大顺 要使大小不同的块在分
序链接,头指针应始 终指向最小的空闲块. 采用单链表即可. 配时被随机选择,应采 用循环链表,并使头指 针经常移动.
pav
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[算法思想 算法思想] 算法思想 从p=pav开始查找一块容量≥n的空闲块,结果有三种情况 1) p->size ≥n且p->size -n≤e :分配p整块 –置tag=1 –从可利用空间表中删除此块 –pav指向被分配块的后继块 2) p->size ≥n且p->size -n>e :分配p块高地址部分大小为n的块 ≥n p->size p n p –修改剩余块的头部 –设置剩余块的尾部 –设置占用块的头部 –修改占用块的尾部 –pav指向被分配块的后继块 3) 未找到,无法分配
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2k 2k
2k 2k
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8.3.4 Buddy算法分析 算法分析 – 多个空闲队列,可以立即找到空闲块 – 避免了碎片问题 – 申请内存总是以2n字节满足要求,块内浪费 例如:申请130字节,会分得256字节;申请1514字节, 会分得2048字节 – 申请/释放可能会导致连锁切块/合并,影响系统效率 例如:当前只有一块空闲,块大小1M, 申请40字节,会 导致12次切块,用完立即归还,导致12次合并.如果 程序循环式申请40字节,然后归还内存,会导致系统 频繁忙碌.