Пример - распределитель памяти

8.7. Пример - распределитель памяти.

В главе 5 мы написали бесхитростный вариант функции ALLOC. Вариант, который мы напишем теперь, не содержит ограничений: обращения к функциям ALLOC и FREE могут перемежаться в любом порядке; когда это необходимо, функция ALLOC обращается к операционной системе за дополнительной памятью.

Кроме того, что эти процедуры полезны сами по себе, они также иллюстрируют некоторые соображения, связанные с написанием машинно-зависимых программ относительно машинно-независимым образом, и показывают практическое применение структур, объединений и конструкций TYPEDEF.

Вместо того, чтобы выделять память из скомпилированного внутри массива фиксированного размера, функция ALLOC будет по мере необходимости обращаться за памятью к операционной системе. Поскольку различные события в программе могут требовать асинхронного выделения памяти, то память, управляемая ALLOC, не может быть непрерывной. В силу этого свободная память хранится в виде цепочки свободных блоков. Каждый блок включает размер, указатель следующего блока и саму свободную память. Блоки упорядочиваются в порядке возрастания адресов памяти, причем последний блок (с наибольшим адресом) указывает на первый, так что цепочка фактически оказывается кольцом.

При поступлении запроса список свободных блоков просматривается до тех пор, пока не будет найден достаточно большой блок. Если этот блок имеет в точности требуемый размер, то он отцепляется от списка и передается пользователю. Если же этот блок слишком велик, то он разделяется, нужное количество передается пользователю, а остаток возвращается в свободный список. Если достаточно большого блока найти не удается, то операционной системой выделяется новый блок, который включается в список свободных блоков; затем поиск возобновляется.

Освобождение памяти также влечет за собой просмотр свободного списка в поиске подходящего места для введения освобожденного блока. Если этот освободившийся блок с какой-либо стороны примыкает к блоку из списка свободных блоков, то они объединяются в один блок большего размера, так что память не становится слишком раздробленной. Обнаружить смежные блоки просто, потому что свободный список содержится в порядке возрастания адресов.

Одна из проблем, о которой мы упоминали в главе 5, заключается в обеспечении того, чтобы возвращаемая функцией ALLOC память была выровнена подходящим образом для тех объектов, которые будут в ней храниться. Хотя машины и различаются, для каждой машины существует тип, требующий наибольших ограничений по размещению памяти, если данные самого ограничительного типа можно поместить в некоторый определенный адрес, то это же возможно и для всех остальных типов.

Например, на IBM 360/370,HONEYWELL 6000 и многих других машинах любой объект может храниться в границах, соответствующим переменным типа DOUBLE; на PDP-11 будут достаточны переменные типа INT.

Свободный блок содержит указатель следующего блока в цепочке, запись о размере блока и само свободное пространство;

управляющая информация в начале называется заголовком. Для упрощения выравнивания все блоки кратны размеру заголовка, а сам заголовок выровнен надлежащим образом. Это достигается с помощью объединения, которое содержит желаемую структуру заголовка и образец наиболее ограничительного по выравниванию типа:

TYPEDEF INT ALIGN; /*FORCES ALIGNMENT ON PDP-11*/ UNION HEADER ( /*FREE BLOCK HEADER*/ STRUCT ( UNION HEADER *PTR; /*NEXT FREE BLOCK*/ UNSIGNED SIZE; /*SIZE OF THIS FREE BLOCK*/ ) S;

ALIGN X; /*FORCE ALIGNMENT OF BLOCKS*/

);

TYPEDEF UNION HEADER HEADER;

Функция ALLOC округляет требуемый размер в символах до нужного числа единиц размера заголовка; фактический блок, который будет выделен, содержит на одну единицу больше, предназначаемую для самого заголовка, и это и есть значение, которое записывается в поле SIZE заголовка. Указатель, возвращаемый функцией ALLOC, указывает на свободное пространство, а не на сам заголовок.

STATIC HEADER BASE; /*EMPTY LIST TO GET STARTED*/ STATIC HEADER *ALLOCP=NULL; /*LAST ALLOCATED BLOCK*/ CHAR *ALLOC(NBYTES)/*GENERAL-PURPOSE STORAGE ALLOCATOR*/ UNSIGNED NBYTES;

( HEADER *MORECORE();

REGISTER HEADER *P, *G;

REGISTER INT NUNITS;

NUNITS=1+(NBYTES+SIZEOF(HEADER)-1)/SIZEOF(HEADER);

IF ((G=ALLOCP)==NULL) ( /*NO FREE LIST YET*/ BASE.S PTR=ALLOCP=G=&BASE;

BASE.S.SIZE=0;

)

FOR (P=G>S.PTR; ; G=P, P=P->S.PTR) ( IF (P->S.SIZE>=NUNITS) ( /*BIG ENOUGH*/ IF (P->S.SIZE==NUNITS) /*EXACTLY*/ G->S.PTR=P->S.PTR;

ELSE ( /*ALLOCATE TAIL END*/ P->S.SIZE-=NUNITS;

P+=P->S.SIZE;

P->S.SIZE=NUNITS;

) ALLOCP=G;

RETURN((CHAR *)(P+1));

) IF(P==ALLOCP) /*WRAPPED AROUND FREE LIST*/ IF((P=MORECORE(NUNITS))==NULL) RETURN(NULL); /*NONE LEFT*/

)

)

Переменная BASE используется для начала работы. Если ALLOCP имеет значение NULL, как в случае первого обращения к ALLOC, то создается вырожденный свободный список: он состоит из свободного блока размера нуль и указателя на самого себя.

В любом случае затем исследуется свободный список. Поиск свободного блока подходящего размера начинается с того места (ALLOCP), где был найден последний блок; такая стратегия помогает сохранить однородность диска. Если найден слишком большой блок, то пользователю предлагается его хвостовая часть; это приводит к тому, что в заголовке исходного блока нужно изменить только его размер. Во всех случаях возвращаемый пользователю указатель указывает на действительно свободную область, лежащую на единицу дальше заголовка. Обратите внимание на то, что функция ALLOC перед возвращением “P” преобразует его в указатель на символы.

Функция MORECORE получает память от операционной системы. Детали того, как это осуществляется, меняются, конечно, от системы к системе. На системе UNIX точка входа SBRK(N) возвращает указатель на “N” дополнительных байтов памяти.(указатель удволетворяет всем ограничениям на выравнивание). Так как запрос к системе на выделение памяти является сравнительно дорогой операцией, мы не хотим делать это при каждом обращении к функции ALLOC. Поэтому функция MORECORE округляет затребованное число единиц до большего значения;

этот больший блок будет затем разделен так, как необходимо.

Масштабирующая величина является параметром, который может быть подобран в соответствии с необходимостью.

#DEFINE NALLOC 128 /*#UNITS TO ALLOCATE AT ONCE*/ STATIC HEADER *MORECORE(NU) /*ASK SYSTEM FOR MEMORY*/ UNSIGNED NU;

( CHAR *SBRK();

REGISTER CHAR *CP;

REGISTER HEADER *UP;

REGISTER INT RNU;

RNU=NALLOC*((NU+NALLOC-1)/NALLOC);

CP=SBRK(RNU*SIZEOF(HEADER));

IF ((INT)CP==-1) /*NO SPACE AT ALL*/ RETURN(NULL);

UP=(HEADER *)CP;

UP->S.SIZE=RNU;

FREE((CHAR *)(UP+1));

RETURN(ALLOCP);

)

Если больше не осталось свободного пространства, то функция SBRK возвращает “-1”, хотя NULL был бы лучшим выбором.

Для надежности сравнения “-1” должна быть преобразована к типу INT. Снова приходится многократно использовать явные преобразования (перевод) типов, чтобы обеспечить определенную независимость функций от деталей представления указателей на различных машинах.

И последнее - сама функция FREE. Начиная с ALLOCP, она просто просматривает свободный список в поиске места для введения свободного блока. Это место находится либо между двумя существующими блоками, либо в одном из концов списка.

В любом случае, если освободившийся блок примыкает к одному из соседних, смежные блоки объединяются. Следить нужно только затем, чтобы указатели указывали на то, что нужно, и чтобы размеры были установлены правильно.

FREE(AP) /*PUT BLOCKE AP IN FREE LIST*/ CHAR *AP;

( REGISTER HEADER *P, *G;

P=(HEADER*)AP-1; /*POINT TO HEADER*/ FOR (G=ALLOCP; !(P>G && P>G->S.PTR);G=G->S.PTR) IF (G>=G->S.PTR && (P>G !! P<G->S.PTR)) BREAK; /*AT ONE END OR OTHER*/ IF (P+P->S.SIZE==G->S.PTR)(/*JOIN TO UPPER NBR*/ P->S.SIZE += G->S.PTR->S.SIZE;

P->S.PTR = G->S.PTR->S.PTR;

) ELSE P->S.PTR = G->S.PTR;

IF (G+G->S.SIZE==P) ( /*JOIN TO LOWER NBR*/ G->S.SIZE+=P->S.SIZE;

G->S.PTR=P->S.PTR;

) ELSE G->S.PTR=P;

ALLOCP = G;

)

Хотя распределение памяти по своей сути зависит от используемой машины, приведенная выше программа показывает, как эту зависимость можно регулировать и ограничить весьма небольшой частью программы. Использование TYPEDEF и UNION позволяет справиться с выравниванием (при условии, что функция SBRK обеспечивает подходящий указатель). Переводы типов организуют выполнение явного преобразования типов и даже справляются с неудачно разработанным системным интерфейсом.

И хотя рассмотренные здесь подробности связаны с распределением памяти, общий подход равным образом применим и к другим ситуациям.

Упражнение 8-6.

Функция из стандартной библиотеки CALLOC(N,SIZE) возвращает указатель на “N” объектов размера SIZE, причем соответствующая память инициализируется на нуль. напишите программу для CALLOC, используя функцию ALLOC либо в качестве образца, либо как функцию, к которой происходит обращение.

Упражнение 8-7.

Функция ALLOC принимает затребованный размер, не проверяя его правдоподобности; функция FREE полагает, что тот блок, который она должна освободить, содержит правильное значение в поле размера. Усовершенствуйте эти процедуры, затратив больше усилий на проверку ошибок.

Упражнение 8-8.

Напишите функцию BFREE(P,N), которая включает произвольный блок “P” из “N” символов в список свободных блоков, управляемый функциями ALLOC и FREE. С помощью функции BFREE пользователь может в любое время добавлять в свободный список статический или внешний массив.

185

9. Приложение А: справочное руководство по языку 'C'

9.1. Введение

Это руководство описывает язык 'с' для компьютеров DEC PDP-11, HONEYWELL 6000, IBM система/370 и INTERDATA 8/32.

там, где есть расхождения, мы сосредотачиваемся на версии для PDP-11, стремясь в то же время указать детали, которые зависят от реализации. За малым исключением, эти расхождения непосредственно обусловлены основными свойствами используемого аппаратного оборудования; различные компиляторы обычно вполне совместимы.

Похожие работы

Анализ обыденного языка: общая характеристика направления

Скачать

48443

0

0

... основаниям. При этом философская абстракция языка оказывается неразрывно связана с основными темами и движениями философии в целом. Более конкретно, на ранние стадии традиционно рассматриваемого в рамках АФ анализа обыденного языка глубокое влияние оказала философия Дж. Э. Мура, особенно его учение о здравом смысле, согласно которому такие понятия, как «человек», «мир», «я», «внешний мир», « ...

Русский язык в современной Молдове

Скачать

43709

0

0

... и других странах СНГ, а также облегчение доступа к русской и мировой культуре и науке. Таким образом, судя по данным наших исследований, востребованность русского языка осталась в республике достаточно высокой. Многие представители современной молдавской молодежи продолжают, как их отцы и деды, тянуться к русской культуре, научным и техническим достижениям России. Русский язык остается языком ...

Неиндоевропейские языки

Скачать

39778

0

1

... рисуночное словесно-слоговое письмо). Памятники среднеэламского периода (14—12 вв. до н.э.) выполнены аккадской клинописью. Памятники новоэламского периода относятся к 8—6 вв. до н.э. Был официальным языком в персидском государстве Ахеменидов в 6—4 вв. предполагается, что он, подвергшись влиянию древнеперсидского, сохранился до раннего средневековья. 7. Бурушаски язык Язык бурушаски ( ...

Индоевропейские языки

Скачать

64931

0

0

... /диалект), скифский, согдийский, среднеперсидский, таджикский, таджриши (язык/диалект), талышский, татский, хорезмийский, хотаносакский, шугнано-рушанская группа языков, ягнобский, язгулямский и др. Они относятся к индоиранской ветви индоевропейских языков. Области распространения: Иран, Афганистан, Таджикистан, некоторые районы Ирака, Турции, Пакистана, Индии, Грузии, Российской Федерации. Общее ...