算法与数据结构lgorithmsandDataStructures第八章动态存.ppt

算法与数据结构Algorithms and Data Structures 第八章 动态存储管理 第八章 动态存储管理 8.1 概述 内存是很重要的、很昂贵的资源，如何合理高效地使用这一资源是一个比较复杂的问题。 早期使用低级语言编程，内存管理是由程序员自己负责。程序员负担重，管理水平因人而异，管理效率低，容易出错。 随着操作系统和高级语言的发展，情况不断改善。内存管理分别由操作系统、高级语言的编译系统和程序员分工合作管理。通常编译系统负责静态储存管理，操作系统负责整个内存管理和动态储存管理。 程序员级的管理： 用户程序中所用的储存结构有两种， 静态结构 ：空间量在编译后，即可确定 动态结构：程序运行中申请空间，编译时无法确定。 静态储存由编译系统管理。 动态储存由程序员和操作系统管理，但程序员的管理非常简单。程序员的工作就是在需要的时候向系统申请空间，在不需要时释放要来的动态储存空间： C语言中：malloc(size), 申请size字节的内存； free(p), 释放p，归还给系统； C++中： new objectType(), 申请空间； free(p), 释放p，归还给系统； Java语言中： new objectType(), 申请空间； 编译系统级管理 在编译中，编译系统为程序设置了一个虚拟空间，它管理的是虚拟空间。 操作系统级管理： 存储管理是操作系统的重要部分之一，操作系统对储存的管理是才是真实的管理，而且这一管理是很复杂的。 从外部来看，操作系统存储管理系统就是提供存储空间分配和回收服务，但内部实现方法却十分复杂，不同的操作系统采用不同的策略和方法，这些问题将在后续课程操作系统中详细介绍。 这里我们只是站在数据结构的角度来讨论动态存储管理的基本方法，即存储空间的分配和回收基础技术、存储空间的逻辑结构和物理结构。 8.2 可利用空间表 初试状态 经过多次分配、回收之后，形成了多个空闲块，它们之间不连续，如图所示： 可利用空间表的链接顺序有： （1）按块的首地址有低到高链接； （2）按块的大小有小到大链接； （3）按块的大小有大到小链接； 分配： 一般有3种策略，设申请空间的大小为n （1）首次拟合法：从表头开始有哪些信誉好的足球投注网站，遇到第一个尺寸等于大于n的块进行分配； （2）最佳拟合法：有哪些信誉好的足球投注网站整个表，将最小的等于大于n的块进行分配； （3）最差拟合法：有哪些信誉好的足球投注网站整个表，将最大块进行分配（等于大于n ）； 分配过程： 找到合适的空闲块p； P.size等于n或比n大少许（一般设定一个量s），则将p从表中删除，进行分配； 若p.sizen+s，从p的下部切割size为n的一块进行分配，如图所示：n=16k 回收: 程序释放空间(如free(p))、程序运行结束后将占用的块归还系统，如果收回的块的相邻块是空闲的，需要合并它们。 回收过程：设释放块是p，大小为size。 （1） 设置p .tag=0； （2）判断p的下相邻块q是否空闲 若空闲：从可利用空间表摘出q，置p.size=p.size+q.size(合并)； （3）判断p的上相邻块r是否空闲 若空闲：合并r和p，r.size=r.size+p.size 否则：将p插入可利用空间表。 例如： 有时也不必马上合并，如果释放块p的大小恰好符合下次申请空间的要求，可以将p分配，而不必从可利用空间表中切割分配。 例如，一个使用单链表的程序，它会不断地申请和释放同类型的结点（块大小相等）， 回收时不进行合并，而是放在另一个链表avail中； 分配时首先从avail取一个块分配，当avail中没有空闲块时在从free表里分配。 这样就省去了不断地合并切割的麻烦，可以提高效率。 对于一些小的操作系统，内存管理相对简单些。在许多专用设备、智能仪表和家用电器等都使用一种小型的、高效的、简单的操作系统，一般称之为“嵌入式操作系统”。 下面介绍一些实用而简单的动态存储管理系统。 8.3 伙伴系统（Buddy system） 特点： （1）分配块的大小均是2k ; （2）分配和回收简单 可利用空间表结构： 伙伴系统抽象数据类型 ADT BoddySystem Data : int m // 可用内存2m