操作系统课程设计银行家算法模拟实现.docx
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操作系统课程设计银行家算法模拟实现
操作系统原理
课程设计
课设名称:
银行家算法模拟实现
姓名:
郝碧涛
班级:
13软件3班
学号:
1310321308
指导教师:
万方
一.设计题目
银行家算法模拟实现
二.主要内容
设计目的
1、了解多道程序系统中,多个进程并发执行的资源分配。
2、掌握思索的产生原因、产生死锁的必要条件和处理死锁的基本方法。
3、掌握预防死锁的方法,系统安全状态的基本概念。
4、掌握银行家算法,了解资源在进程并发执行中的资源分配策略。
5、理解死锁避免在当前计算机系统不常使用的原因。
3.银行家算法的概念
银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。
在避免死锁方法中允许进程动态地申请资源,但系统在进行资源分配之前,应先计算此次分配资源的安全性,若分配不会导致系统进入不安全状态,则分配,否则等待。
为实现银行家算法,系统必须设置若干数据结构。
要解释银行家算法,必须先解释操作系统安全状态和不安全状态。
安全序列是指一个进程序列{P1,…,Pn}是安全的,即对于每一个进程Pi(1≤i≤n),它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj(j
4.银行家算法原理及思想
在银行家算法中,为了决定是否对挡墙申请资源的进程进行资源分配,将系统状态划分为安全状态与不安全状态。
若为当前申请资源的进程分配资源后系统进入安全状态,则接受进程请求为其分配资源,否则拒绝进程请求,不为其分配资源。
(安全状态:
从当前时刻起,若系统能按某种进程顺序(p1,p2.....pn)逐个分配所需全部剩余资源,使各个进程依次运行完毕,则称此时刻系统处于安全状态,上述进程序列称为安全序列。
否则系统处于不安全状态)
注:
前提是假设从当前时刻起,进程一次性申请全部剩余资源,而且一直保持当时已经占有的资源直至运行完毕。
5.解决的问题
银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。
在避免死锁方法中允许进程动态地申请资源,但银行家算法在系统在进行资源分配之前(并不是真的不分配,这样就没法做了,只不过是试探性分配,不满足的话再恢复),应先计算此次分配资源的安全性,若分配不会导致系统进入不安全状态,则分配,否则等待。
六、程序设计
1.需求分析
1、始化这组进程的最大资源请求和一次申请的资源序列。
把各进程已占用和需求资源情况记录在进程控制块中。
假定进程控制块的内容包括:
进程名,状态,当前申请量,资源需求总量,已占资源量,能执行完标志。
其中,进程的状态有:
就绪,等待和完成。
当系统不能满足进程的资源请求时,进程出于等待状态。
资源需求总量表示进程运行过程中对资源的总的需求量。
已占资源量表示进程目前已经得到但还为归还的资源量。
因此,进程在以后还需要的剩余资源量等于资源需要总量减去已占资源量。
陷入每个进程的资源需求总量不应超过系统拥有的资源总量。
2、银行家算法分配资源的原则是:
当某个进程提出资源请求时,假定先分配资源给它,然后查找各进程的剩余请求,检查系统的剩余资源量是否由于进程的分配而导致系统死锁。
若能,则让进程等待,否则,让进程的假分配变为真分配。
A)查找各进程的剩余请求,检查系统的剩余资源量是否能满足其中一进程,如果能,则转B)。
B)将资源分配给所选的进程,这样,该进程已获得资源最大请求,最终能运行完成。
标记这个进程为终止进程,并将其占有的全部资源归还给系统。
重复第A)步和B)步,直到所有进程都标记为终止进程,或知道一个死锁发生。
若所有进程都标记为终止进程,则系统的初始状态是安全的,否则为不安全的。
若安全,则正式将资源分配给它,否则,假定的分配作废,让其等待。
2.概要设计
2.1设计思想
当某个进程提出资源请求时,假定先分配资源给它,然后查找各进程的剩余请求,检查系统的剩余资源量是否由于进程的分配而导致系统死锁。
若能,则让进程等待,否则,让进程的假分配变为真分配。
2.2数据结构
假设有m个进程,则有如下数据结构:
#definew50//宏定义
#definer50//宏定义
intm;//总进程数
intall[w];//各种资源的数目总和
intmax[w][r];//m个进程最大资源需求量
intavailable[r];//系统可用资源数
intallocation[w][r];//m个进程已经得到资源的资源量
intneed[w][r];//m个进程还需要资源的资源量
intrequest[r];//请求资源个数
开始
输入进程数m,各资源总数,初始化Available向量
i=1
i<=m
输入进程i的最大需求向量max。
max<=资源总数
i++
Y
N
N
Y
错误
初始化need
任选一个进程作为当前进程(0到m-1)
该进程的Need向量为0
输入该进程的资源请求量Request
调用银行家算法,及安全性算法,完成分配,或并给出提示
N
Y
该进程已运行结束
Need矩阵为0
Y
结束
3.详细设计
3.1算法思想
银行家算法的基本思想是分配资源之前,判断系统是否是安全的;若是,才分配。
否则拒绝分配。
3.2银行家算法
设Request[n],是进程的请求向量,如果Request[n]=m,则表示该进程需要m个资源。
当该进程发出资源请求后,系统按下述步骤进行检查:
(1)如果Request[n]《=Need[i,n],便转向步骤
(2);否则认为出错,因为它所需要的资源数已经超过它所宣布的最大值。
(2)如果Request[n]>Available,则进程i进入等待资源状态,返回。
(3)假设进程i的申请已获批准,于是修改下面数据结构中的数值:
Available=Available-Request
Allocation=Allocation+Request
Need=Need-Request
(4)系统执行安全性检查,如安全,则分配成立;否则恢复原来的资源分配状态,系统恢复原状,进程等待。
程序
voidbank()//银行家算法
{
inti=0,j=0;
charflag='Y';
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<<"该进程号不存在,请重新输入! "< } cout<<"请输入进程"< "; for(j=0;j<1;j++) { cout<<""; cin>>request[j]; if(request[j]>need[i][j])//若请求的资源数大于进程还需要i类资源的资源量j { cout<<"进程"< "; cout<<"申请不合理,请重新选择! "< flag='1'; break; } else { if(request[j]>available[j])//若请求的资源数大于可用资源数 { cout<<"进程"< "; cout<<"申请不合理! 请重新选择! "< flag='1'; break; } } } if(flag=='Y'||flag=='y') { change(i);//调用change(i)函数,改变资源数 if(chkerr(i))//若系统安全 { rstore(i);//调用rstore(i)函数,恢复资源数 show();//输出资源分配情况 } else//若系统不安全 show();//输出资源分配情况 } else//若flag=N||flag=n show(); cout< cout<<"是否继续(Y/N): "; cin>>flag; } } 3.3安全性检查算法 (1)设置两个工作向量Work=Available;Finish[M]=False (2)从进程集合中找到一个满足下述条件的进程, Finish[i]=False Need<=Work 如找到,执行(3);否则,执行(4) (3)设进程获得资源,可顺利执行,直至完成,从而释放资源。 Work=Work+Allocation Finish=True GOTO2 (4)如所有的进程Finish[M]=true,则表示安全;否则系统不安全。 程序 intchkerr(ints)//检查安全性 {intwork,FInISH[w]; inti,j,k=0; for(i=0;i for(j=0;j<1;j++) { work=available[j]; i=s; do { if(FInISH[i]==false&&need[i][j]<=work) { work=work+allocation[i][j]; FInISH[i]=true; i=0; } else {i++; } }while(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<<"系统安全,分配成功。 "< cout< return0; } 3.4修改数据结构中的数值 改变可用资源和已经拿到资源和还需要的资源的值 voidchange(intk){ intj; for(j=0;j<1;j++) { available[j]=available[j]-request[j]; allocation[k][j]=allocation[k][j]+request[j]; need[k][j]=need[k][j]-request[j]; } } 3.5如果分配失败,则恢复原来的资源分配状态 恢复可用资源和已经拿到资源和还需要的资源的值 voidrstore(intk) {intj; available[j]=available[j]+request[j]; allocation[k][j]=allocation[k][j]-request[j]; need[k][j]=need[k][j]+request[j]; } 3.6输出显示 实现人机交互的各类资源输出显示情况。 voidshow()//输出资源分配情况 { inti,j; cout<<"资源总量: "<<""; for(j=0;j<1;j++)cout<<""< cout< cout<<"系统目前资源可用数: "<<""; for(j=0;j<1;j++)cout<<""< cout< cout<<"进程名各进程还需要的资源量"< for(i=0;i for(i=0;i { cout<<"进程"< "; for(j=0;j<1;j++)cout< cout< } cout< cout<<"进程名各进程已经得到的资源量"< for(i=0;i { cout<<"进程"< "; for(j=0;j<1;j++)cout< cout< } cout< } voidchange(intk)//改变可用资源和已经拿到资源和还需要的资源的值 { intj; for(j=0;j<1;j++) { available[j]=available[j]-request[j]; allocation[k][j]=allocation[k][j]+request[j]; need[k][j]=need[k][j]-request[j]; } } 3.7主函数 voidmain()//主函数 { inti=0,j=0,p; cout<<"-------------银行家算法模拟-------------"< cout<<"请输入总进程数: "; cin>>m; cout<<"请输入总资源数: "; for(i=0;i<1;i++) cin>>all[i]; cout<<"依次输入各进程所需要的最大资源数量: "< for(i=0;i { for(j=0;j<1;j++) { do { cin>>max[i][j]; if(max[i][j]>all[j]) cout< } while(max[i][j]>all[j]); } } cout<<"依次输入各进程已经占据的资源数量: "< for(i=0;i { for(j=0;j<1;j++) { do { cin>>allocation[i][j]; if(allocation[i][j]>max[i][j]) cout< }while(allocation[i][j]>max[i][j]); } } //初始化资源数量 for(j=0;j<1;j++) {p=all[j]; for(i=0;i { p=p-allocation[i][j];//减去已经被占据的资源 available[j]=p; if(available[j]<0) available[j]=0; } } for(i=0;i for(j=0;j<1;j++) need[i][j]=max[i][j]-allocation[i][j]; show(); bank(); } 3.8定义全局变量 #include"string.h" #include"iostream" usingnamespacestd; #definefalse0 #definetrue1 #definew50//宏定义 #definer50//宏定义 intm;//总进程数 intall[w];//各种资源的数目总和 intmax[w][r];//m个进程最大资源需求量 intavailable[r];//系统可用资源数 intallocation[w][r];//m个进程已经得到资源的资源量 intneed[w][r];//m个进程还需要资源的资源量 intrequest[r];//请求资源个数 4.调试分析 这里为3个进程(进程0.1.2)共用10个资源,分别需要的最大资源数为3,4,3.已经占有的资源数为: 1,2,2.分配给0号进程1个资源,系统安全,分配成功 再分配给0号进程1个资源,系统安全,分配成功 分配给1号进程3个资源,因为1号资源还需要2个即达到最大需要资源数,故申请不合理,分配不成功 重新设定2个进程(0,1)共用5个资源。 分别需要的最大资源数为4,3.已经占有的资源数为3,1。 进程1申请2个资源,大于系统可用资源数。 申请不合理,故申请失败。 进程1申请1个资源,此时发生死锁,故申请失败。 (发生死锁后,程序出错。 ) 5.总结 通过本次银行家算法实验,加深了我对银行家算法的了解,掌握了如何使用银行家算法来避免死锁的发生,操作系统按银行家的规则为进程分配资源,使系统保持安全的状态,但银行家算法需要不断检测每一个进程占有和申请资源的情况,需要花费较多的时间,这也是该算法的不足之处。 在以后的学习中,这种算法还将会有很多地方要用到的。 所以不能报着“学过就完事”的态度。 当然,以后可能还会有比这种算法更好的算法,但是核心思想与它的目的是不会变的。 所以,弄懂弄透了之后,再学习操作系统的更多知识会更容易上手。
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- 操作系统 课程设计 银行家 算法 模拟 实现