实验报告四.docx
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实验报告四.docx
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实验报告四
电子信息工程学系实验报告——适用于计算机课程
课程名称:
操作系统
实验项目名称:
银行家算法实验时间:
2014.4.4-4.20
班级:
计算机122姓名:
李鹏辉学号:
201210704214
实验目的:
1.理解死锁避免相关内容;
2.掌握银行家算法主要流程;
3.掌握安全性检查流程。
操作系统中的死锁避免部分的理论进行实验。
要求实验者设计一个程序,该程序可对每一次资源申请采用银行家算法进行分配。
实验环境:
PC机、windows2000操作系统、TurboC2.0/VC++6.0
实验内容及过程:
设计一个有N个进程并行的进程调度程序。
进程调度算法:
采用最高优先数优先的调度算法(即把处理机分配给优先数最高的进程)和先来先服务算法。
具体描述如下:
每个进程有一个进程控制块(PCB)表示。
进程控制块可以包含如下信息:
进程名、优先数、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态等等。
分析:
进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为地指定(也可以由随机数产生)。
进程的到达时间为进程输入的时间。
进程的运行时间以时间片为单位进行计算。
每个进程的状态可以是就绪W(Wait)、运行R(Run)、或完成F(Finish)三种状态之一。
就绪进程获得CPU后都只能运行一个时间片。
用已占用CPU时间加1来表示。
如果运行一个时间片后,进程的已占用CPU时间已达到所需要的运行时间,则撤消该进程,如果运行一个时间片后进程的已占用CPU时间还未达所需要的运行时间,也就是进程还需要继续运行,此时应将进程的优先数减1(即降低一级),然后按照优先数的大小把它插入就绪队列等待CPU。
每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列、以及各个进程的PCB,以便进行检查。
重复以上过程,直到所要进程都完成为止。
调度算法的参考流程图如下:
死锁避免定义:
在系统运行过程中,对进程发出的每一个资源申请进行动态检查,并根据检查结果决定是否分配资源:
若分配后系统可能发生死锁,则不予分配,否则予以分配。
由于在避免死锁的策略中,允许进程动态地申请资源。
因而,系统在进行资源分配之前预先计算资源分配的安全性。
若此次分配不会导致系统进入不安全状态,则将资源分配给进程;否则,进程等待。
其中最具有代表性的避免死锁算法是银行家算法。
1系统安全状态
1)安全状态
所谓系统是安全的,是指系统中的所有进程能够按照某一种次序分配资源,并且依次地运行完毕,这种进程序列{P1,P2…Pn}就是安全序列。
如果存在这样一个安全序列,则系统是安全的。
并非所有的不安全状态都会转为死锁状态,但当系统进入不安全状态后,便有可能进入死锁状态;反之,只要系统处于安全状态,系统便可避免进入死锁状态。
所以避免死锁的实质:
系统在进行资源分配时,如何使系统不进入不安全状态。
2)安全状态之例
假设系统有三个进程,共有12台磁带机。
各进程的最大需求和T0时刻已分配情况如下表:
进程
最大需求
已分配
可用
P1
P2
P3
10
4
9
5
2
2
3
问:
T0时刻是否安全?
答:
T0时刻是安全的,因为存在安全序列:
P2P1P3
不安全序列:
P1…
P3…
P2P3P1
3)由安全状态向不安全状态的转换
如果不按照安全序列分配资源,则系统可能会由安全状态进入不安全状态。
例如,在T0时刻以后,P3又请求1台磁带机,若此时系统把剩余3台中的1台分配给P3,则系统便进入不安全状态。
因为,此时也无法再找到一个安全序列,例如,把其余的2台分配给P2,这样,在P2完成后只能释放出4台,既不能满足P1尚需5台的要求,也不能满足P3尚需6台的要求,致使它们都无法推进到完成,彼此都在等待对方释放资源,即陷入僵局,结果导致死锁。
2利用银行家算法避免死锁
1)银行家算法中的数据结构
①可利用资源向量Available。
这是一个含有m个元素的数组,其中的每一个元素代表一类可利用的资源数目,其初始值是系统中所配置的该类全部可用资源的数目,其数值随该类资源的分配和回收而动态地改变。
如果Available[j]=K,则表示系统中现有Rj类资源K个。
②最大需求矩阵Max。
最大需求矩阵Max。
这是一个n×m的矩阵,它定义了系统中n个进程中的每一个进程对m类资源的最大需求。
如果Max[i,j]=K,则表示进程i需要Rj类资源的最大数目为K。
③分配矩阵Allocation
这也是一个n×m的矩阵,它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一进程的资源数。
如果Allocation[i,j]=K,则表示进程i当前已分得Rj类资源的数目为K。
④需求矩阵Need
这也是一个n×m的矩阵,用以表示每一个进程尚需的各类资源数。
如果Need[i,j]=K,则表示进程i还需要Rj类资源K个,方能完成其任务。
Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]
2)银行家算法
设Requesti是进程Pi的请求向量,如果Requesti[j]=K,表示进程Pi需要K个Rj类型的资源。
当Pi发出资源请求后,系统按下述步骤进行检查:
(1)如果Requesti[j]≤Need[i,j],便转向步骤2;否则认为出错,因为它所需要的资源数已超过它所宣布的最大值。
(2)如果Requesti[j]≤Available[j],便转向步骤(3);否则,表示尚无足够资源,Pi须等待。
(3)系统试探着把资源分配给进程Pi,并修改下面数据结构中的数值:
Available[j]∶=Available[j]-Requesti[j];
Allocation[i,j]∶=Allocation[i,j]+Requesti[j];
Need[i,j]∶=Need[i,j]-Requesti[j];
(4)系统执行安全性算法,检查此次资源分配后,系统是否处于安全状态。
若安全,才正式将资源分配给进程Pi,以完成本次分配;否则,将本次的试探分配作废,恢复原来的资源分配状态,让进程Pi等待。
行家算法的参考流程图如下:
结束
否
是
申请失败。
以上分配作废,恢复原来的分配状态:
Available[j]=Available[j]+Request[i][j]
Allocation[i][j]=Allocation[i][j]-Request[i][j]
Need[i][j]=Need[i][j]+Request[i][j]
N
Y
N
Y
Request[i][j]>Need[i][j]
出错返回:
return(error)
Request[i][j]>Available[j]
出错返回:
(进程阻塞)
return(error)
Available[j]=Available[j]–Request[i][j]
Allocation[i][j]=Allocation[i][j]+Request[i][j]
Need[i][j]=Need[i][j]–Request[i][j]
假定分配:
输入初始参数(资源分配及请求情况)
开始
假定分配之后,系统安全吗?
申请成功。
输出各种数据的变化
图银行家算法流程图
结束
否
是
申请失败。
以上分配作废,恢复原来的分配状态:
Available[j]=Available[j]+Request[i][j]
Allocation[i][j]=Allocation[i][j]-Request[i][j]
Need[i][j]=Need[i][j]+Request[i][j]
N
Y
N
Y
Request[i][j]>Need[i][j]
出错返回:
return(error)
Request[i][j]>Available[j]
出错返回:
(进程阻塞)
return(error)
Available[j]=Available[j]–Request[i][j]
Allocation[i][j]=Allocation[i][j]+Request[i][j]
Need[i][j]=Need[i][j]–Request[i][j]
假定分配:
输入初始参数(资源分配及请求情况)
开始
假定分配之后,系统安全吗?
申请成功。
输出各种数据的变化
图银行家算法流程图
结束
否
是
申请失败。
以上分配作废,恢复原来的分配状态:
Available[j]=Available[j]+Request[i][j]
Allocation[i][j]=Allocation[i][j]-Request[i][j]
Need[i][j]=Need[i][j]+Request[i][j]
N
Y
N
Y
Request[i][j]>Need[i][j]
出错返回:
return(error)
Request[i][j]>Available[j]
出错返回:
(进程阻塞)
return(error)
Available[j]=Available[j]–Request[i][j]
Allocation[i][j]=Allocation[i][j]+Request[i][j]
Need[i][j]=Need[i][j]–Request[i][j]
假定分配:
输入初始参数(资源分配及请求情况)
开始
假定分配之后,系统安全吗?
申请成功。
输出各种数据的变化
图银行家算法流程图
3)安全性算法
(1)设置两个向量:
①工作向量Work:
它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目,它含有m个元素,在执行安全算法开始时,Work∶=Available;
②Finish:
它表示系统是否有足够的资源分配给进程,使之运行完成。
开始时先做Finish[i]∶=false;当有足够资源分配给进程时,再令Finish[i]∶=true。
(2)从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程:
①Finish[i]=false;
②Need[i,j]≤Work[j];若找到,执行步骤(3),否则,执行步骤(4)。
(3)当进程Pi获得资源后,可顺利执行,直至完成,并释放出分配给它的资源,故应执行:
Work[j]∶=Work[i]+Allocation[i,j];
Finish[i]∶=true;
gotostep
(2);
(4)如果所有进程的Finish[i]=true都满足,则表示系统处于安全状态;否则,系统处于不安全状态。
安全性算法的参考流程图如下:
Y
所有finish都为true?
输出安全序列
N
Y
N
存在Finish[i]=false
&&Need[i][j] 初始化Work和Finish Finish[i]=true,Work[j]=Work[j]+Allocation[j] 所有进程都找完了? Y 开始 图安全性算法流程图 实验结果及分析: 创建基本信息 进程1申请资源成功 申请资源大于总资源,失败 实验心得: 本次实验,我们看到银行家算法确实能保证系统时时刻刻都处于安全状态,但它要不断检测每个进程对各类资源的占用和申请情况,需花费较多的时间。 附录: #include"string.h" #include"iostream.h" #defineM5 #defineN3 #defineFALSE0 #defineTRUE1 intMAX[M][N]={{7,5,3},{3,2,2},{9,0,2},{2,2,2},{4,3,3}}; intAVAILABLE[N]={10,5,7}; intALLOCATION[M][N]={{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0}}; intNEED[M][N]={{7,5,3},{3,2,2},{9,0,2},{2,2,2},{4,3,3}}; intRequest[N]={0,0,0}; voidmain() { inti=0,j=0; charflag='Y'; voidshowdata(); voidchangdata(int); voidrstordata(int); intchkerr(int); showdata(); while(flag=='Y'||flag=='y') { i=-1; while(i<0||i>=M) { cout<<"请输入需申请资源的进程号(从0到"< ): "; cin>>i; if(i<0||i>=M)cout<<" 输入的进程号不存在,重新输入! "< } cout<<" 请输入进程"< for(j=0;j { cout<<" 资源"< "; cin>>Request[j]; if(Request[j]>NEED[i][j]) { cout<<" 进程"< "; cout<<"申请不合理,出错! 请重新选择! "< flag='N'; break; } else { if(Request[j]>AVAILABLE[j]) { cout<<" 进程"< "; cout<<"申请不合理,出错! 请重新选择! "< flag='N'; break; } } } if(flag=='Y'||flag=='y') { changdata(i); if(chkerr(i)) { rstordata(i); showdata(); } else showdata(); } else showdata(); cout< cout<<" 是否继续银行家算法演示,按'Y'或'y'键继续,按'N'或'n'键退出演示: "; cin>>flag; } } voidshowdata() { inti,j; cout<<" 系统可用的资源数为: "< cout<<""; for(j=0;j "< cout< cout< cout<<" 各进程还需要的资源量: "< for(i=0;i { cout<<"进程"< "; for(j=0;j cout< } cout< cout<<" 各进程已经得到的资源量: "< for(i=0;i { cout<<"进程"< "; for(j=0;j "< cout< } cout< }; voidchangdata(intk) { intj; for(j=0;j { AVAILABLE[j]=AVAILABLE[j]-Request[j]; ALLOCATION[k][j]=ALLOCATION[k][j]+Request[j]; NEED[k][j]=NEED[k][j]-Request[j]; } }; voidrstordata(intk) { intj; for(j=0;j { AVAILABLE[j]=AVAILABLE[j]+Request[j]; ALLOCATION[k][j]=ALLOCATION[k][j]-Request[j]; NEED[k][j]=NEED[k][j]+Request[j]; } }; intchkerr(ints) { intWORK,FINISH[M],temp[M]; inti,j,k=0; for(i=0;i for(j=0;j { WORK=AVAILABLE[j]; i=s; while(i { if(FINISH[i]==FALSE&&NEED[i][j]<=WORK) { WORK=WORK+ALLOCATION[i][j]; FINISH[i]=TRUE; temp[k]=i; k++; i=0; } else { i++; } } for(i=0;i if(FINISH[i]==FALSE) { cout< cout<<" 系统不安全! ! ! 本次资源申请不成功! ! ! "< cout< return1; } } cout< cout<<" 经安全性检查,系统安全,本次分配成功。 "< cout< cout<<" 本次安全序列: "; for(i=0;i cout< return0; }; 备注: 以上各项空白处若填写不够,可自行扩展
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