操作系统是计算机系统的核心组成部分，负责管理和控制系统的硬件资源，尤其是主存空间的分配与回收，这是操作系统中的关键任务。在本课程设计中，学生通过模拟主存管理来深入理解这一概念。
主存空间的分配与回收是操作系统内存管理的重要内容。在不同的存储管理方式下，如固定分区、可变分区等，分配和回收策略各有不同。本设计主要关注可变分区的情况，即根据进程实际需求动态地分配和回收内存。可变分区有两种常见的实现方法：空闲区说明表和空闲区链表。
1. 空闲区说明表（Free Area Table）方法：此方法维护一个表格，记录空闲分区的起始地址、大小、状态和作业名称等信息。当需要分配内存时，系统会搜索表格找到合适的空闲分区，并更新表中的信息。回收内存时，会将回收的分区合并到相邻的空闲分区，以减少碎片。
2. 空闲区链表（Free Area List）方法：此方法使用链表结构存储空闲分区，每个节点代表一个空闲分区，包含分区信息。分配内存时，遍历链表找到合适的分区并进行切割；回收时，将回收的分区插入链表，同样需考虑合并操作。
在实现这些算法时，通常需要设计流程图，明确每一步操作，以便于理解和编程。例如，创建进程时填写PCB（Process Control Block），将进程放入后备队列；然后，从后备队列取出进程分配内存，如果成功则将其放入就绪队列；运行进程一段时间后，可能进入挂起或终止状态，或者继续执行。在多线程环境下，所有共享数据结构需要进行线程安全处理，防止竞态条件。
程序设计通常包括以下几个核心功能模块：
- 初始化内存模块：设置初始的空闲分区信息。
- 后备队列模块：管理等待分配内存的进程。
- 就绪队列模块：存放已分配内存并等待CPU的进程。
- 挂起队列模块：处理暂停执行的进程。
- 显示模块：展示当前内存状态。
- 回收模块：处理内存的回收操作。
- 添加、模拟运行、创建、分配、解挂和删除进程的函数。
在源代码中，定义了`job`结构体来表示分区信息，以及`Node`结构体用于实现双链表。使用`rand()`函数可以模拟随机内存请求，增加实验的复杂性和真实性。
通过这样的课程设计，学生不仅能够理解主存分配与回收的基本原理，还能锻炼编程、调试和文档编写能力，为未来深入研究操作系统打下坚实基础。同时，考虑到实际操作系统中可能遇到的问题，如挂起状态和强制回收，进一步增强了设计的实用性和完整性。
