模拟基本分页存储

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2023-05-29 05:12 2阅读 0赞

# 介绍 #

data.h

#ifndef _Data_h_
    #define _Data_h_
    
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <math.h>
    
    #define LIST_INIT_SIZE 10
    #define LISTINCREMENT  2
    #define true				1
    #define false				0
    #define PCBType				PCB
    #define Status				int
    #define OK					1
    #define	ERROR				0
    #define NAME_MAXSIZE		20
    #define PCB_Num				5
    #define LIST_INITSIZE		10
    #define PartiType			PartitionInfo
    #define BlockNumType		PageData //分页信息
    #define TotalMemory			512	//KB
    #define PageSize			16	//通常为1 ~ 8KB    //进程申请内存的大小[16, 256]KB    256 / 8 = 32页
    
    
    typedef enum 
    {
    	Unallocated, Allocated
    }DistributState, PartitionSt;
    
    typedef struct {
    							//分区号用数组下标代替
    	int PartStartAddr;
    	char Name[NAME_MAXSIZE];//若为空，则分区空闲
    }PartitionInfo;
    
    typedef struct
    {
    	PartitionInfo *elem;
    	int listsize;		//表容量
    	int length;			//元素个数
    }SqList_f, PartTable;	//分区使用说明表
    
    
    typedef struct {					    
    	int BlockNum;               //块号
    	DistributState DistbutSt;	//分配状态
    }PageData;
    
    
    typedef struct
    {
    	PageData *elem;	
    	int listsize;		
    	int length;			
    }SqList_y, PageTable;	//页表
    
    
    typedef struct 
    {
    	char Name[NAME_MAXSIZE];	//进程名
    	int	MemorySize;				//内存的大小
    	PageTable *pPagetable;		//页表指针
    }PCB;
    
    typedef struct Node
    {
    	PCBType data;
    	struct Node * Next;		
    }LNode, *LinkList, *PCBList;
    
    
    #endif

list.h

#ifndef _List_h_
    #define _List_h_
    
    #include "Data.h"
    
    //*******           链表            *******//
    Status InitLinkList(LinkList *L);
    void PCBAssign(PCBType *e1, PCBType e2);
    Status GetElemt_L(LinkList L,int i,PCBType *e);
    Status ListInsert_L(LinkList L,PCBType e);
    Status ListDelete_L(LinkList L,int i,PCBType *e);
    
    //******         分区使用说明表           ******//
    void PartiAssign_f(PartiType *e1, PartiType e2);
    Status InitList_f(SqList_f *L);
    Status ListInsert_f(SqList_f *L,int i,PartiType e);
    Status ListDelete_f(SqList_f *L,int i,PartiType *e);
    
    
    //******         页表           ******//
    void PartiAssign_y(BlockNumType *e1, BlockNumType e2);
    Status InitList_y(SqList_y **L);
    Status ListInsert_y(SqList_y *L,int i,BlockNumType e);
    Status ListDelete_y(SqList_y *L,int i,BlockNumType *e);
    
    #endif

memorymanage.h

#ifndef _MemoryManage_h_
    #define _MemoryManage_h_
    
    #include "List.h"
    
    //*****         PCB 链 表 操 作        *****//
    Status InsertProcess(LinkList Q,PCBType e);
    Status DeleteProsess(LinkList Q,int i,PCBType *e);
    //*****         分 区 表 操 作         *****//
    //插入分区表元素
    Status InsertTable_f(SqList_f *L, int i, PartiType e);	
    //删除分区表元素
    Status DeleteTable_f(SqList_f *L, int i, PartiType *e);
    
    
    //******          页 表 操 作         ******//
    //插入页表元素
    Status InsertTable_y(SqList_y *L, int i, BlockNumType e);
    //删除页表元素
    Status DeleteTable_y(SqList_y *L, int i, BlockNumType *e);
    Status LoadPages(PageTable *L, int size);
    
    Status MallocMemory(PCB *pe, SqList_f *pPartTable, int *arr);
    Status SelectPart(PCB* pPCB, SqList_f *pPartTable,int *arr);
    void SearchSpace(PCBList PCBdata, SqList_f *partTable);
    void FreeMemory(int *arr, int len, SqList_f *pPartTable);
    void InitAllocation(PCBList PCBdata, PartTable *partTable);
    void PrintProQueue(LinkList L);
    void PrintPartTable(PartTable L);
    
    
    
    
    #endif

# 实现 #

#include "List.h"
    
    
    //*******           链表            *******//
    Status InitLinkList(LinkList *L)
    {
    	*L = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));
    	strcpy((*L)->data.Name, "");
    	(*L)->Next = NULL;
    	return OK;
    }
    
    void PCBAssign(PCBType *e1, PCBType e2)
    {
    	strcpy(e1->Name,e2.Name);
    	e1->MemorySize = e2.MemorySize;
    	e1->pPagetable = e2.pPagetable;
    }
    
    Status GetElemt_L(LinkList L,int i,PCBType *e)
    {
    	LinkList p = L->Next;	//指向第j个结点
    	int j = 1;				//从第一个开始往后找
    	while ( p && j < i )	//p不为空且j < i
    	{
    		p = p->Next;
    		++j;
    	}						//p为空，说明链表循环结束，也没有到第i个结点   j==i
    	if (!p || j > i)		//因为此处对i   没有做判断   如果 i==0  或 负数  条件成立
    							//对于 i == j == 1 的情况则不用循环正好  返回
    	{
    		return ERROR;
    	}
    	*e = p->data;			//通过寻址改变了 该地址内存中元素的值
    	return OK;
    }
    //链表中按照优先级：从大到小排序插入
    Status ListInsert_L(LinkList L,PCBType e)	//这样修改应该不对 p = *L出错
    {
    	LinkList p = L, s;
    	while (p->Next)	
    		p = p->Next;
    	s = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));
    	PCBAssign(&s->data, e);
    	s->Next = p->Next;
    	p->Next = s;
    	return OK;
    }
    
    Status ListDelete_L(LinkList L,int i,PCBType *e)
    {
    	LinkList p = L, q;
    	int j = 0;
    	while (p->Next && j < i-1)
    	{
    		p = p->Next; ++j;
    	}
    	if(!p->Next || j > i - 1)
    		return ERROR;
    	q = p->Next;
    	p->Next = q->Next;
    	PCBAssign(e, q->data);
    	free(q);
    	return OK;
    }
    
    //******         分区使用说明表           ******//
    void PartiAssign_f(PartiType *e1, PartiType e2)
    {
    	e1->PartStartAddr = e2.PartStartAddr;
    	strcpy(e1->Name, e2.Name);
    }
    
    Status InitList_f(SqList_f *L)
    {
    	//构造一个空的线性表L
    	L->elem = (PartiType *)malloc((LIST_INIT_SIZE)*sizeof(PartiType));
    	if(!L->elem) return ERROR;        //存储分配失败
    	L->length = 0;                 //空表长度为0
    	L->listsize = LIST_INIT_SIZE;  //初始存储的容量
    	return OK;
    }
    
    //在顺序线性表L中第i个位置之前插入新的元素e
    Status ListInsert_f(SqList_f *L,int i,PartiType e)
    {
    	//在顺序线性表L中第i个位置之前插入新的元素e
    	//i的合法值为1 <= i <= ListLength_Sq(L)+1
    	PartiType *q, *p, *newbase;
    
    	if(i < 1 || i > L->length + 1 ) return ERROR;     //i值不合法
    	if(L->length >= L->listsize){               //当前存储空间已满，增加分配
    		newbase = (PartiType *)realloc(L->elem
    			,(L->listsize + LISTINCREMENT)*sizeof(PartiType));
    		if(!newbase) return ERROR;				//存储分配失败
    		L->elem = newbase;						//新基址
    		L->listsize += LISTINCREMENT;			//增加存储容量
    	} 
    	q = &(L->elem[i - 1]);			         	//q为插入位置
    	for(p = &(L->elem[L->length-1]);p >= q; --p)
    		PartiAssign_f((p+1),*p); 					//插入位置及之后的元素右移
    	PartiAssign_f(q ,e);							//插入e
    	L->length++;
    	return OK;
    }
    
    //在顺序线性表L中删除第i个元素，并用e返回其值
    Status ListDelete_f(SqList_f *L,int i,PartiType *e)
    {
    	//在顺序线性表L中删除第i个元素，并用e返回其值
    	//i的合法值为1 <= i <= ListLength_Sq(L)
    	PartiType *p,*q;
    	if((i < 1) || (i > L->length))	
    		return ERROR;							 //i值不合法
    	p = &(L->elem[i-1]);						 //p为被删除元素的位置
    	PartiAssign_f(e, *p);							 //将被删除元素的值赋给e （待定）
    	q = L->elem + L->length-1;					 //移动到表尾元素的位置
    	for (++p;p<=q;++p)
    		PartiAssign_f((p-1), *p);					 //被删除元素之后的元素左移
    	L->length--;
    	return OK;
    }
    
    
    //******         页表           ******//
    
    void PartiAssign_y(BlockNumType *e1, BlockNumType e2)
    {
    	(*e1).BlockNum = e2.BlockNum;
        (*e1).DistbutSt = e2.DistbutSt;
    }
    
    Status InitList_y(SqList_y **L)
    {
    	//构造一个空的线性表L
        (*L) = (PageTable *)malloc(sizeof(PageTable));//不可缺少
    	(*L)->elem = (BlockNumType *)malloc((LIST_INIT_SIZE)*sizeof(BlockNumType));
    	if(!(*L)->elem) return ERROR;        //存储分配失败
    	(*L)->length = 0;                 //空表长度为0
    	(*L)->listsize = LIST_INIT_SIZE;  //初始存储的容量
    	return OK;
    }
    
    //在顺序线性表L中第i个位置之前插入新的元素e
    Status ListInsert_y(SqList_y *L,int i,BlockNumType e)
    {
    	//在顺序线性表L中第i个位置之前插入新的元素e
    	//i的合法值为1 <= i <= ListLength_Sq(L)+1
    	BlockNumType *q, *p, *newbase;
    
    	if(i < 1 || i > L->length + 1 ) return ERROR;     //i值不合法
    	if(L->length >= L->listsize){               //当前存储空间已满，增加分配
    		newbase = (BlockNumType *)realloc(L->elem
    			,(L->listsize + LISTINCREMENT)*sizeof(BlockNumType));
    		if(!newbase) return ERROR;				//存储分配失败
    		L->elem = newbase;						//新基址
    		L->listsize += LISTINCREMENT;			//增加存储容量
    	} 
    	q = &(L->elem[i - 1]);			         	//q为插入位置
    	for(p = &(L->elem[L->length-1]);p >= q; --p)
    		PartiAssign_y((p+1),*p); 					//插入位置及之后的元素右移
    	PartiAssign_y(q ,e);							//插入e
    	L->length++;
    	return OK;
    }
    
    //在顺序线性表L中删除第i个元素，并用e返回其值
    Status ListDelete_y(SqList_y *L,int i,BlockNumType *e)
    {
    	//在顺序线性表L中删除第i个元素，并用e返回其值
    	//i的合法值为1 <= i <= ListLength_Sq(L)
    	BlockNumType *p,*q;
    	if((i < 1) || (i > L->length))	
    		return ERROR;							 //i值不合法
    	p = &(L->elem[i-1]);						 //p为被删除元素的位置
    	PartiAssign_y(e, *p);							 //将被删除元素的值赋给e （待定）
    	q = L->elem + L->length-1;					 //移动到表尾元素的位置
    	for (++p;p<=q;++p)
    		PartiAssign_y((p-1), *p);				 //被删除元素之后的元素左移
    	L->length--;
    	return OK;
    }

memorymanage.c

#include "MemoryManage.h"
    
    //*****         PCB链表操作        *****//
    Status InsertProcess(LinkList Q,PCBType e)
    {
    	return ListInsert_L(Q, e);
    }
    
    Status DeleteProsess(LinkList Q,int i,PCBType *e)
    {
    	return ListDelete_L(Q ,i,e);
    }
    
    //*****         分区表操作        *****//
    Status InsertTable_f(SqList_f *L, int i, PartiType e) 
    {
    	return ListInsert_f(L,i, e);
    }
    
    Status DeleteTable_f(SqList_f *L, int i, PartiType *e)
    {
    	return ListDelete_f(L, i, e);
    }
    
    //*****         页表操作        *****//
    Status InsertTable_y(SqList_y *L, int i, BlockNumType e)
    {
    	return ListInsert_y(L,i, e);
    }
    
    Status DeleteTable_y(SqList_y *L, int i, BlockNumType *e)
    {
    	return ListDelete_y(L, i, e);
    }
    
    Status LoadPages(PageTable *L, int size)
    {
        int i, pageNum = ceil( size * 1.0 / PageSize) ;
        PageData e = {-1, Unallocated};
        for (i = 0; i < pageNum; i++)
        {
            if(!InsertTable_y(L, L->length + 1, e))
                return ERROR;
        }
        return OK;;
    }
    
    //若返回0，则代表错误
    Status SelectPart(PCB* pPCB, SqList_f *pPartTable,int *arr)
    {
    	/     以下补充     /
        int i = 0, j = 0;
    
    	while(i < pPCB->pPagetable->length && j < pPartTable->length){
    		if(pPCB->pPagetable->elem[i].DistbutSt == Unallocated){
    			if(!strcmp(pPartTable->elem[j].Name, "")){
    				arr[i] = j;
    				++i;
    				++j;
    			} else {
    				++j;
    			}
    		} else {
    			++i;
    		}
    	}
    
    	if(i == pPCB->pPagetable->length){
    		return OK;
    	}
        return ERROR;
    }
    
    Status MallocMemory(PCB *pe, SqList_f *pPartTable, int *arr)
    {
        int i, pageNum ;
       
    	      以下补充     /
    	for(i = 0; i < pe->pPagetable->length; ++i){
    		if(pe->pPagetable->elem[i].DistbutSt == Unallocated){
    			pe->pPagetable->elem[i].BlockNum = arr[i];
    			pe->pPagetable->elem[i].DistbutSt = Allocated;
    
    			strcpy(pPartTable->elem[arr[i]].Name, pe->Name);
    		}
    	}
    	
    	return ERROR;
    }
    
    void InitAllocation(PCBList PCBdata, PartTable *pPartTable)
    {
    	LNode *p;
        int pos, arr[20] = {0};
    	p = PCBdata->Next;
    	while (p)
    	{
    		if(p->data.pPagetable->elem[0].DistbutSt == Unallocated)
    		{
    			if(SelectPart(&(p->data), pPartTable, arr))
    			{
    				MallocMemory(&(p->data), pPartTable, arr);
    			}
    		}
    		p = p->Next;
    	}
    }
    
    //该释放进程只在结束进程时用到，因此不用管进程信息
    void FreeMemory(int *arr, int len, SqList_f *pPartTable)
    {
        int i;
    	     以下补充   /
    	for(i = 0; i < len; ++i){
    		strcpy(pPartTable->elem[arr[i]].Name, "");
    	}
    }
    
    void SearchSpace(PCBList PCBdata, SqList_f *partTable)
    {
        int pos, arr[20] = {0};
    	LNode *p;
    	p = PCBdata->Next;
    	while (p)
    	{
    		if(p->data.pPagetable->elem[0].DistbutSt == Unallocated)
    		{
    			if(SelectPart(&(p->data), partTable, arr))
    			{
    				MallocMemory(&(p->data), partTable, arr);
    			}
    		}
    		p = p->Next;
    	}
    
    }
    
    void PrintProQueue(LinkList L)
    {
    	int i = 0;
    
    	L = L->Next;
    	
    	while(L)
    	{
            printf(" -----------------------------\n");
            printf("|进程名 | 申请大小 |\n");
            printf("|  %s   |  %4d    |\n", L->data.Name, L->data.MemorySize);
    
                printf("%s页表信息如下：\n|   页号   |   块号   | 是否分配 |\n", L->data.Name);
                for (i = 0; i < L->data.pPagetable->length; i++)
                    printf("|  %4d    |  %4d    |  %4s    |\n", i , L->data.pPagetable->elem[i].BlockNum,
                            L->data.pPagetable->elem[i].DistbutSt == Allocated?  "是" : "否");
    		L = L->Next;
    	}
    	printf(" ----------------------------------------\n");
    }
    
    void PrintPartTable(PartTable L)
    {
    	int i = 0, j = 0;
    	printf(" ----------------------------------------\n");
    	printf("|分区号 | 起始位置 | 分区大小 | 是否分配 |\n");
    	for (i = 0; i < L.length; ++i)
    		printf("|  %2d   |  %4d    |  %4d    |  %4s    |\n",
    			i , L.elem[i].PartStartAddr, PageSize , strcmp(L.elem[i].Name, "") ? L.elem[i].Name :"否");
    	printf(" ----------------------------------------\n");
    }

# main #

#include "MemoryManage.h"
    
    /*   实验08  基本分页   */
    
    void InputPCBData(PCBList * pPCBdata)
    {
    	PCBType e = {
       {0}, 0, NULL};
        
    	strcpy(e.Name,"P1");
    	e.MemorySize = 16;
        InitList_y(&(e.pPagetable));
        LoadPages(e.pPagetable, e.MemorySize);
    	InsertProcess(*pPCBdata,e);
    
    	strcpy(e.Name,"P2");
    	e.MemorySize = 32;
        InitList_y(&(e.pPagetable));
        LoadPages(e.pPagetable, e.MemorySize);
    	InsertProcess(*pPCBdata,e);
    
    	strcpy(e.Name,"P3");
    	e.MemorySize = 48;
        InitList_y(&(e.pPagetable));
        LoadPages(e.pPagetable, e.MemorySize);
    	InsertProcess(*pPCBdata,e);
    
    	strcpy(e.Name,"P4");
    	e.MemorySize = 96;
        InitList_y(&(e.pPagetable));
        LoadPages(e.pPagetable, e.MemorySize);
    	InsertProcess(*pPCBdata,e);
    
    	strcpy(e.Name,"P5");
    	e.MemorySize = 100;
        InitList_y(&(e.pPagetable));
        LoadPages(e.pPagetable, e.MemorySize);
    	InsertProcess(*pPCBdata,e);
    }
    
    void SettingPage(PartTable * pPartdata)
    {
    	PartiType se = {0, {0}};
    	int Num = (512 - 16) / PageSize , i;
    	for (i = 0; i < Num; ++i)
    	{
    		se.PartStartAddr = 16 + i * PageSize;
    		InsertTable_f(pPartdata, i + 1, se);
    	}
    }
    //0 - 15Kb 操作系统占用  总大小512KB
    int main(void)
    {
    	PCBList PCBdata;		//PCBdata里面存放原始PCB数据
    	PartTable partTable;	//分区表
    	char PcbName[NAME_MAXSIZE] = {0}, choice;
    	PCBType PCBe = {
       {0}, 0, NULL};
    	PartiType Parte = {0, 0};
    	PCBType *pcb = NULL;
    	LNode *p; 
    	
        int i, size, pos, arr[20] = {0}, k = 0;
    
    	InitList_f(&partTable);
    	SettingPage(&partTable);
    	InitLinkList(&PCBdata);
    	InputPCBData(&PCBdata);
    
    	InitAllocation(PCBdata, &partTable);
    
    	PrintProQueue(PCBdata);
    	PrintPartTable(partTable);
    	
    	while(true)
    	{
    		system("cls");
    		PrintProQueue(PCBdata);
    		PrintPartTable(partTable);
    		printf(" ================================================\n");
    		printf("|           1.结 束 进 程                        |\n");
    		printf("|           2.添 加 进 程                        |\n");
    		printf("|           3.退 出 系 统                        |\n");
    		printf(" ================================================\n");
    		printf("请选择:");
    		fflush(stdin);
    		scanf("%c",&choice);
    		
    		switch (choice)
    		{
    		case '1':
    			printf("要结束的进程名:");
    			scanf("%s",PcbName);
    			for (p = PCBdata->Next, i = 1; p && strcmp(PcbName, p->data.Name); i++, p = p->Next);
    			if(!p)
    			{
    				printf("进程名输入错误!\n");
    				break;
    			}
    			DeleteProsess(PCBdata, i, &PCBe);
                k = 0;
    			for(i = 0; i < partTable.length; i++)
    			{
    				if(!strcmp(PcbName, partTable.elem[i].Name))
    				{
    					arr[k++] = i;
    				}
    			}
                FreeMemory(arr, k, &partTable);
    
    			SearchSpace(PCBdata, &partTable);
    			break;
    		case '2':
    			printf("请输入添加的进程名，进程所占内存大小:");
    			scanf("%s%d",PcbName , &size);
    			strcpy(PCBe.Name, PcbName);
    			PCBe.MemorySize = size;
                InitList_y(&(PCBe.pPagetable));
                LoadPages(PCBe.pPagetable, PCBe.MemorySize);
    			if(SelectPart(&(PCBe), &partTable, arr))
    				MallocMemory(&(PCBe), &partTable, arr);
    			InsertProcess(PCBdata, PCBe);
    			break;
    		case '3':
    			return 0;
    
    		default:
    			printf("选择项输入错误，重新选择！\n");
    			break;
    		}
    		PrintProQueue(PCBdata);
    		PrintPartTable(partTable);
    		system("pause");
    	}
    
    	return 0;
    }