操作系统 - 最差适应算法

最差适应算法 是连续内存分配系统中使用的一种内存分配策略。本章将解释最差适应算法的工作原理及其在操作系统中的实现。

• 什么是最差适应算法？
• 实现最差适应算法的步骤
• 最差适应算法的 C++ 代码
• 最差适应算法的优点
• 最差适应算法的缺点

什么是最差适应算法？

最差适应算法 与最佳适应算法完全相反。在此，内存管理器将最大可用块分配给请求内存的进程。这种方法的主要思想是留下较小的空闲块，这些块可能更适合未来的进程。有时，如果所有可用块都小于进程大小，则该进程被标记为"未分配"。因此，进程需要等待直到有合适的块可用。

示例

考虑以下示例，我们有五个内存块，大小分别为6、5、50、20 和 16单位，以及五个进程，大小分别为4、10、15、20 和 23单位。我们将使用最差适应算法为这些进程分配内存。

Input :
blockSize[] = { 6, 5, 50, 20, 16};
processSize[] = {4, 10, 15, 20, 23};

Output:
Process No.     Process Size    Block no.
    1              4               50
    2              10              20
    3              15              16
    4              20              Not Allocated;
    5              23              Not Allocated;

当进程 1 进行内存分配时，它被分配到大小为 50 的块，因为这是最大的可用块。类似地，进程 10 被分配到大小为 20 的块，进程 15 被分配到大小为 16 的块。

进程大小为 20 和 23 的进程无法分配，因为没有足够大的块来容纳它们。

实现最差适应算法的步骤

最差适应算法可以通过以下步骤实现 −

• 初始化一个指针来跟踪最后分配的块。
• 对于每个进程，搜索整个内存，找到足够容纳进程的最大可用块。
• 如果找到合适的块，则分配进程到该块。
• 搜索整个内存后，如果没有找到合适的块，则将进程标记为"未分配"。

最差适应算法的 C++ 代码

下面是一个示例 C++ 代码，演示了最差适应算法的实现 −

#include <iostream>
using namespace std;

void worstFit(int blockSize[], int m, int processSize[], int n) {
    int allocation[n];
    int originalBlockSize[m];
    
    // 复制原始块大小
    for (int i = 0; i < m; i++)
        originalBlockSize[i] = blockSize[i];
    
    // 初始化分配数组
    for (int i = 0; i < n; i++)
        allocation[i] = -1;

    // 最差适应分配
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        int wstIdx = -1;
        for (int j = 0; j < m; j++) {
            if (blockSize[j] >= processSize[i]) {
                if (wstIdx == -1 || blockSize[wstIdx] < blockSize[j])
                    wstIdx = j;
            }
        }
        if (wstIdx != -1) {
            allocation[i] = wstIdx;
            blockSize[wstIdx] = -1;
        }
    }

    cout << "Process No.\tProcess Size\tAllocated Block Size" << endl;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        cout << " " << i + 1 << "\t\t\t" << processSize[i] << "\t\t\t\t";
        if (allocation[i] != -1)
            cout << originalBlockSize[allocation[i]]; // 打印原始大小
        else
            cout << "Not Allocated";
        cout << endl;
    }
}

int main() {
    int blockSize[] = {6, 5, 50, 20, 16};
    int processSize[] = {4, 10, 15, 20, 23};
    int m = sizeof(blockSize) / sizeof(blockSize[0]);
    int n = sizeof(processSize) / sizeof(processSize[0]);

    worstFit(blockSize, m, processSize, n);
    return 0;
}

上述代码的输出将为 −

Process No.     Process Size    Allocated Block Size
    1              4               50
    2              10              20
    3              15              16
    4              20              Not Allocated
    5              23              Not Allocated

最差适应算法的优点

最差适应算法具有以下优点 −

• 减少外部碎片 − 最差适应算法为进程分配最大的可用块。这样会留下更小的空洞，这些空洞可能更适合未来的进程。
• 简单性 − 最差适应算法易于实现和理解。
• 更好的内存利用率 − 最差适应算法有助于更好地利用内存。

最差适应算法的缺点

最差适应算法也存在一些缺点：

• 增加内部碎片 − 通过为进程分配最大块，大多数情况下会导致内存浪费和内部碎片。
• 分配速度较慢 − 最差适应算法需要搜索整个内存以找到最大块。这个过程可能比 First Fit 等其他算法慢。
• 不适用于所有场景 − 最差适应算法可能不适用于所有类型的内存分配模式。

结论

最差适应算法是一种内存分配策略，它为进程分配最大的可用块。这种方法的主要思想是留下更小的空洞，这些空洞可能更适合未来的进程。这种方法减少了外部碎片，但可能导致内部碎片增加和分配时间变慢。最差适应算法易于实现和理解。