Devoir 2 - Allocateur de mémoire

Le but de ce devoir est de créer une bibliothèque d’allocation de mémoire appelée sde_alloc. Il simule la modalité dans laquel la mémoire est allouée à l’aide de l’allocateur standard, c’est-à-dire des fonctions malloc et free.

• Utiliser le langage C
• Utiliser des structures de données
• Comprendre l'allocation de mémoire

1. Le code source doit être indenté (-0.1p)
2. Vous devez écrire un fichier nommé Readme et expliquer comment vous avez écrit les devoirs (-0.1p)
3. Le devoir ne doit pas à avoir des fuites de mémoire (-0.5p)

Le devoir est individuel. Toute tentative de copie entraînera 0p pour les devoirs. Système anti-copie automatisé sera utilisé.

Si vous avez des questions concernant le devoir, posez-les en postant un issue sur le github repository avec le format [allocator] <le titre de votre question> . Vous aurez besoin d'un compte github pour cela.

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Le but de ce devoir est d’écrire une bibliothèque qui gère l’allocation de mémoire. Lors de l'initialisation, la bibliothèque allouera une grande zone de mémoire (spécifiée par l'utilisateur) à l'aide des fonctions d'allocation standard (malloc). La zone mémoire initialement allouée, appelée espace, représente l'espace que la bibliothèque va gérer.

L'utilisateur de la bibliothèque utilisera ses fonctions pour allouer de la mémoire dans l'espace.

Les étapes d'utilisation de la bibliothèque sont les suivantes:

1. initialization d'un espace avec sde_memory_init
2. allouer et desallouer de la mémoire dans l'espace en utilisant sde_alloc et sde_free
3. désinitialisation de l'espace de mémoire en utilisant sde_memory_free

Les fonctions de la bibliothèque sont les suivantes:

// Initialize the system with size bytes of memory
void * sde_memory_init (size_t size);
 
// Stop the system and free all resources
void sde_memory_free ();
 
// Allocate memory (size in bytes)
void * sde_alloc (size_t size);
 
// Reallocate memory
void * sde_realloc (void * p, size_t size);
 
// Allocate memory and fill it with zero
void * sde_zero_alloc (size_t size);
 
// Reallocate memory and fill the rest with zero
void * sde_zero_realloc (void * p, size_t size);
 
// free memory
void sde_free (void *p);
 
// Print all allocated (ALLOC: address -> size)
void sde_print_allocated ();
 
// Print all free (FREE: address -> size)
void sde_print_free ();
 
// Print all blocks (ALLOC: address -> size or FREE: address -> size)
void sde_print ();
 
// Return the last error
int sde_error ();

La bibliothèque alloue initialement un espace de mémoire. A l'intérieur, cet espace contiendra plus de zones de mémoire allouées et non alloué (free). Chaque zone de mémoire est caractérisée par deux paramètres:

• position (offset)
• sa longueur (size)

Au debut, l'espace de mémoire est constitué d'une seule zone non allouée qui a une position 0 et une longueur égal à la longueur de l'espace de mémoire. Après la première allocation, l'espace contiendra deux zones:

• une zone allouée (avec position 0 et la longueur spécifiée a l'allocation)
• une zone non allouée suivant immédiatement la zone allouée et la longueur représentée par le reste de l'espace

Après plusieurs allocations, l'espace de mémoire aura plusieurs zones allouées et non allouées.

La bibliothèque peut avoir l'une des erreurs suivantes

#define SDE_OK 						0	// success
#define SDE_NO_INIT 		-1	// you are trying to use a function before calling sde_memory_init
#define SDE_MALLOC_FAIL 			-2	// the malloc function you used has returned null
#define SDE_NO_SPACE_LEFT			-3	// there is no space to allocated the requested size
#define SDE_NOT_ALLOCATED			-4 // the pointer was not allocated using the library

Cette fonction initialise la bibliothèque et l'space.

void * sde_memory_init (size_t size);

• size: la taille de l'espace de mémoire à allouer

• La fonction renvoie un pointeur sur l'espace.
• NULL en cas d'erreur

Les erreurs possibles sont:

• SDE_OK - success
• SDE_MALLOC_FAIL - impossible d'allouer espace de mémoire

Cette fonction doit être appelée avant toute autre fonction de la bibliothèque. L'implémentation de la fonction doit allouer l'espace de mémoire (à l’aide des fonctions d’allocation standard) et initialiser les autres variables nécessaires.

Cette fonction désinitialise la bibliothèque et l'space, pratiquement désallouée toute la mémoire allouée.

void sde_memory_free ();

• La fonction n'a pas de valeur de retour

Les erreurs possibles sont:

• SDE_OK - success
• SDE_NO_INIT - la fonction est utilisée avant l'initialisation de la bibliothèque

Cette fonction doit être appelée avant que le programme s’arrête. Après avoir appelé cette fonction, aucune ne peut utiliséeune une autre fonction dans la bibliothèque (sauf sde_error). Pour une utilisation ultérieure de la bibliothèque, il faut appeler la fonction sde_memory_init.

Cette fonction alluée une zone mémoire à l'intérieur de l'space.

void * sde_alloc (size_t size);

• size: la taille de la mémoire destinée à être allouée à l'intérieur de l'espace.

• la fonction renvoie un pointeur sur la zone mémoire allouée à l'intérieur de l'espace.
• NULL en cas d'erreur

Les erreurs possibles sont:

• SDE_OK - success
• SDE_NO_INIT - la fonction est utilisée avant l'initialisation de la bibliothèque
• SDE_NO_SPACE_LEFT - impossible d'allouer la zone mémoire à l'intrieur de l'espace car l'espace disponible est insuffisant.

int address; 
void *pointer;
 
address = (int)space_address;
address = address + n;
pointer = (void*)address;

Cette fonction alluée une zone mémoire à l'intérieur de l'espace et le remplit avec l'octet 0. Fondamentalement, il est identique à sde_alloc, elle ajoute simplement le remplissage zéro.

void * sde_zero_alloc (size_t size);

• size: la taille de la mémoire destinée à être allouée à l'intérieur de l'espace.

• la fonction renvoie un pointeur sur la zone mémoire allouée à l'intérieur de l'espace.
• NULL en cas d'erreur

Les erreurs possibles sont:

• SDE_OK - success
• SDE_NO_INIT - la fonction est utilisée avant l'initialisation de la bibliothèque
• SDE_NO_SPACE_LEFT - impossible d'allouer la zone mémoire à l'intrieur de l'espace car l'espace disponible est insuffisant.

Acesta functie face dealocarea unei zone de memorie din interiorul spatiului.

void sde_free (void *p);

• p: un pointer ce a fost intors in prealabil de oricare din functiile de alocare ale bibliotecii.

• Functia nu are valoare de intoarcere

Erori posibile sunt:

• SDE_OK - success
• SDE_NO_INIT - functia este folosita inainte sa se fi initializat biblioteca
• SDE_NOT_ALLOCATED - pointerul pentru care a fost ceruta dealocarea nu a fost alocat in prealabil

Acesta functie afiseaza pe ecran toate zonele alocate din interiorul spatiului spatiului.

void sde_print_allocated ();

• functia nu intoarce valori

Erori posibile sunt:

• SDE_OK - success
• SDE_NO_INIT - functia este folosita inainte sa se fi initializat biblioteca

Formatul afisarii pe ecran este urmatorul:

ALLOC: 0 100
ALLOC: 200 30
ALLOC: 120 30

Acest exemplu sugereaza ca exista 3 zone alocate:

• una la pozitia 0 avand lungimea de 100 de bytes
• una la pozitia 200 avand lungimea de 30 de bytes
• una la pozitia 120 avand lungimea de 30 de bytes

Acesta functie afiseaza pe ecran toate zonele nealocate din interiorul spatiului spatiului.

void sde_print_free ();

• functia nu intoarce valori

Erori posibile sunt:

• SDE_OK - success
• SDE_NO_INIT - functia este folosita inainte sa se fi initializat biblioteca

Formatul afisarii pe ecran este urmatorul:

FREE: 150 50
FREE: 230 2400

Acest exemplu sugereaza ca exista 3 nealocate alocate:

• una la pozitia 150 avand lungimea de 50 de bytes
• una la pozitia 230 avand lungimea de 2400 de bytes

Acesta functie afiseaza pe ecran toate zonele din interiorul spatiului spatiului, atat alocate cat si nealocate.

void sde_print ();

• functia nu intoarce valori

Erori posibile sunt:

• SDE_OK - success
• SDE_NO_INIT - functia este folosita inainte sa se fi initializat biblioteca

Formatul afisarii pe ecran este urmatorul:

ALLOC: 0 100
ALLOC: 200 30
ALLOC: 120 30
FREE: 150 50
FREE: 230 2400

Acest exemplu sugereaza ca exista 3 zone alocate:

• una la pozitia 0 avand lungimea de 100 de bytes
• una la pozitia 200 avand lungimea de 30 de bytes
• una la pozitia 120 avand lungimea de 30 de bytes

Acesta functie intoarce cel mai recent cod de eroare.

int sde_error ();

• SDE_NO_INIT - functia este folosita inainte sa se fi initializat biblioteca
• Functia intoarce cel mai recent cod de eroare

Fiecare functie din biblioteca, inainte de a intoarce, seteaza un cod de eroare. Acesta poate fi primit de utilizator prin folosirea functiei sde_error.

Spre exemplu, in urma unui apel sde_alloc, printf va afisa 0 daca alocarea a fost facuta cu succes sau un numar de eroare in cazul in care sde_alloc a avut o eroare.

sde_alloc (10);
 
printf ("%d\n", sde_error());

Tema este relativ complexa fata de cea anterioara. Un sablon pentru inceperea temei este disponibil in repository in directorul Devoir/allocator.

Pentru a rezolva tema, va sugeram urmatorii pasi:

1. Scrieti functiile sde_memory_init, sde_memory_free si sde_error. Acestea presupun alocarea spatiului (folosind malloc) si declararea unei variabile de eroare.
2. Scrieti functia sde_alloc, sde_free astfel incat sa functioneze pentru o singura alocare
3. Scrieti structurile de date pentru retinerea zonelor de memorie (mai multe detalii mai jos)
4. Scrieti functiile sde_print_alloc, sde_print_free si sde_print
5. Modificati functiile sde_alloc si sde_free astfel incat sa functioneze pentru un numar maxim fix de alocari (astfel incat sa puteti folosi structuri de date cu dimensiune fixa pentru a retine alocarile)
6. Modificati functiile sde_alloc si sde_free astfel incat sa functioneze pentru un numar nelimitat de alocari (limitat doar de spatiul de memorie disponibil)

Pentru retinerea zonelor din spatiul de memorie, puteti folosi ce structuri de date preferati. Aici sunt cateva sugestii:

• doua siruri de numere, unul pentru pozitie (offset) si unul pentru dimensiune (size); elementele ar trebui sortate dupa pozitie.
• un sir de structuri ce contin doua elemente: pozitia si lungimea; sirul ar trebui sortat dupa pozitie
• o lista inlantuita de structuri care sa contina doua elemente: pozitie si lungime

Initial recomandam folosirea structurilor de date cu dimensiune fixa, apoi trecerea la dimensiune variabila. Pentru primele doua, cel mai simplu este alocarea dinamica cu o dimensiune initiala si, daca dimensiunea devine prea mica, realocarea lor cu lungime mai mare.

Tema se va incarca pe vmchecker. Logati-va pe site cu folosind utilizatorul de pe moodle, selectati cursul Systemes d'Explotation (FILS) si incarcati arhiva temei.

Fisierul readme are urmatorul format:

Numele vostru intreg
Grupa

Descrierea rezolvarii temei, de ce ati ales anumite solutii, etc.

Pentru a incarca tema, urmariti pasii:

1. Creati o arhiva zip (nu rar, ace, 7zip sau alt fomrat) care sa contina:
   • toate fisierele header (*.h)
   • toate fisierele sursa (*.c)
   • fisierul Makefile (este deja facut in sablonul temei)
   • fisierul Readme
2. logati-va pe vmchecker
3. selectati cursul Systemes d'Explotation(FILS)
4. selectati 2. Alocator
5. incarcati arhiva

Dupa ce incarcati arhiva, vmchecker va rula:

unzip archive.zip homework
cd homework
make build
make run