题目24介绍：GATE-CS-2016(Set 1)

这道题目考查了计算机科学专业中的操作系统知识点，主要需求是对操作系统的内存管理机制有一定了解。在本文中，我们将介绍一下这道题目的具体内容和解决方案。

题目理解

题目给定了一个函数的伪代码，该函数的作用是为进程分配内存。我们需要根据伪代码，填充出正确的函数逻辑。具体来说，需要用到内存分区算法。

解决方案

这里提供一种可能的解决方案。

1. 根据伪代码首先定义进程块（Process Block）的数据结构。

typedef struct process_block {
    int pid;    // 进程ID
    int size;   // 进程占用内存空间大小
} process_block;

2. 定义内存分区的数据结构。首先根据题目所给出的内存结构，写出如下的枚举类型。

enum {
    HOLE,           // hole
    PROCESS         // 记录一个进程
};

然后再定义内存分区（Memory Partition）的数据结构。

typedef struct memory_partition {
    int address;    // 起始地址
    int size;       // 分区大小
    int type;       // 分区类型(HOLE or PROCESS)
    process_block* block;   // 记录进程的块信息
} memory_partition;

3. 基于上述数据结构，定义一个变量来存储整个内存结构，即内存块。

static memory_partition memory[1024];

4. 填充所需的函数逻辑，具体内容见下方的代码片段。

#define ERR_PID -1

int allocate_memory(int pid, int size) {
    // 1. 遍历所有分区，找到第一个分区大小大于等于指定的 size，并且是 HOLE 类型的
    int index = -1;
    for (int i = 0; i < 1024; ++i) {
        if (memory[i].type == HOLE && memory[i].size >= size) {
            index = i;
            break;
        }
    }

    // 2. 如果找到了合适的分区，那么将分区拆分成两个，一个用于存储进程块，一个保留为 hole。
    if (index != -1) {
        memory_partition* hole = &memory[index];
        memory_partition* process = &memory[index + 1];
        process->type = PROCESS;
        process->block = (process_block*)malloc(sizeof(process_block));
        process->block->pid = pid;
        process->block->size = size;
        process->size = size;
        process->address = hole->address;
        hole->address += size;
        hole->size -= size;

        // 3. 如果拆分完之后还留下空洞（hole），那么将空洞合并
        for (int i = index + 2; i < 1024; ++i) {
            if (memory[i].type == HOLE) {
                hole->size += memory[i].size;
                memory[i].type = PROCESS;   // 使用 PROCESS 标记，便于回收
            }
        }
        return process->address;
    }

    // 4. 如果没有找到合适的分区，那么返回 ERR_PID。
    return ERR_PID;
}

总结

本题考察了操作系统中内存管理机制的基本知识，包括了内存分区算法以及合并。当然，这只是一种解决方案，可能存在其他的解决方案。在实现的过程中，需要特别注意防止内存泄漏等问题。