Пример - распределитель памяти

8.7. Пример - распределитель памяти.

В главе 5 мы написали бесхитростный вариант функции

ALLOC. Вариант, который мы напишем теперь, не содержит огра-

ничений: обращения к функциям ALLOC и FREE могут перемежать-

ся в любом порядке; когда это необходимо, функция ALLOC об-

ращается к операционной системе за дополнительной памятью.

Кроме того, что эти процедуры полезны сами по себе, они так-

же иллюстрируют некоторые соображения, связанные с написани-

ем машинно-зависимых программ относительно машинно-независи-

мым 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 тре-

бовать асинхронного выделения памяти, то память, управляемая

ALLOC, не может быть непрерывной. В силу этого свободная па-

мять 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) указы-

вает на первый, так что цепочка фактически оказывается коль-

цом.

При поступлении запроса список свободных блоков просмат-

ривается 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 количест-

во передается пользователю, а остаток возвращается в свобод-

ный список. Если достаточно большого блока найти не удается,

то операционной системой выделяется новый блок, который

включается в список свободных блоков; затем поиск возобнов-

ляется.

Освобождение памяти также влечет за собой просмотр сво-

бодного списка в поиске подходящего места для введения осво-

божденного 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.

·     181 -

Одна из проблем, о которой мы упоминали в главе 5, зак-

лючается в обеспечении того, чтобы возвращаемая функцией

ALLOC память была выровнена подходящим образом для тех

объектов, которые будут в ней храниться. Хотя машины и раз-

личаются, для каждой машины существует тип, требующий наи-

больших ограничений по размещению памяти, если данные самого

ограничительного типа можно поместить в некоторый определен-

ный адрес, то это же возможно и для всех остальных типов.

Например, на IBM 360/370,HONEYWELL 6000 и многих других ма-

шинах любой объект может храниться в границах, соответствую-

щим переменным типа DOUBLE; на PDP-11 будут достаточны пере-

менные типа INT.

Свободный блок содержит указатель следующего блока в це-

почке, 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 за-

головка 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, возв-

ращаемый функцией ALLOC, указывает на свободное пространст-

во, 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;

\)

·     182 -

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 по-

могает 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 возвращае-

мый пользователю указатель указывает на действительно сво-

бодную область, лежащую на единицу дальше заголовка. Обрати-

те внимание на то, что функция ALLOC перед возвращением “P”

преобразует его в указатель на символы.

Функция MORECORE получает память от операционной систе-

мы. Детали того, как это осуществляется, меняются, конечно,

от системы к системе. На системе UNIX точка входа SBRK(N)

возвращает указатель на “N” дополнительных байтов памя-

ти.(указатель удволетворяет всем ограничениям на выравнива-

ние). 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.

·     183 -

#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 фун-

кция 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 определен-

ную независимость функций от деталей представления указате-

лей 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 толь-

ко затем, чтобы указатели указывали на то, что нужно, и что-

бы 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;

\)

·     184 -

Хотя распределение памяти по своей сути зависит от ис-

пользуемой 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 функ-

ция 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 распределе-

нием памяти, общий подход равным образом применим и к другим

ситуациям.

Упражнение 8-6.

Функция из стандартной библиотеки CALLOC(N,SIZE) возвра-

щает указатель на “N” объектов размера SIZE, причем соответ-

ствующая 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 прове-

ряя 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 произволь-

ный блок “P” из “N” символов в список свободных блоков, уп-

равляемый функциями ALLOC и FREE. С помощью функции BFREE

пользователь может в любое время добавлять в свободный спи-

сок 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 используе-

мого аппаратного оборудования; различные компиляторы обычно

вполне совместимы.

10. Лексические соглашения

Имеется шесть классов лексем: идентификаторы, ключевые

слова, константы, строки, операции и другие разделители.

Пробелы, табуляции , новые строки и комментарии (совместно,

“пустые промежутки”), как описано ниже, игнорируются, за ис-

ключением тех случаев, когда они служат разделителями лек-

сем. Необходим какой-то пустой промежуток для разделения

идентификаторов, ключевых слов и констант, которые в против-

ном случае сольются.

Если сделан разбор входного потока на лексемы вплоть до

данного символа, то в качестве следующей лексемы берется са-

мая длинная строка символов, которая еще может представлять

собой лексему.

10.1. Комментарии

Комментарий открывается символами /* и заканчивается

символами /*. Комментарии не вкладываются друг в друга.

10.2. Идентификаторы (имена)

Идентификатор - это последовательность букв и цифр; пер-

вый символ должен быть буквой. Подчеркивание _ считается

буквой. Буквы нижнего и верхнего регистров различаются. зна-

чащими являются не более, чем первые восемь символов, хотя

можно использовать и больше. На внешние идентификаторы, ко-

торые используются различными ассемблерами и загрузчиками,

накладыватся более жесткие ограничения:

DEC PDP-11 7 символов, 2 регистра

HONEYWELL 6000 6 символов, 1 регистр

IBM 360/370 7 символов, 1 регистр

INTERDATA 8/32 8 символов, 2 регистра

·     186 -

10.3. Ключевые слова

Следующие идентификаторы зарезервированы для использова-

ния в качестве ключевых слов и не могут использоваться иным

образом:

INT EXTERN ELSE

CHAR REGISTER FOR

FLOAT TYPEDEF DO

DOUBLE STATIC WHILE

STRUCT GOTO SWITCH

UNION RETURN CASE

LONG SIZEOF DEFAULT

SHORT BREAK ENTRY

UNSIGNED CONTINUE

*AUTO IF

Ключевое слово ENTRY в настоящее время не используется ка-

ким-либо компилятором; оно зарезервировано для использования

в будущем. В некоторых реализациях резервируется также слова

FORTRAN и ASM

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 ...