实验二银行家算法.docx
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实验二银行家算法
实验二银行家算法
一、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。
二、实验设备
PC机、windows2000操作系统、TurboC2.0
三、实验要求
本实验要求4学时完成。
1.设计多个资源(≥3);
2.设计多个进程(≥3);
3.设计银行家算法相关的数据结构;
4.动态进行资源申请、分配、安全性检测并给出分配结果。
5.撰写实验报告,并在实验报告中画出银行家和安全性检查函数流程图;
四、预备知识
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全安性。
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:
P2→P1→P3
不安全序列:
P1→…
P3→…
P2→P3→P1
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。
银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
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 #include #include #include #defineRESOURCE_MAXNUM3//资源数 #defineTHREAD_MAXNUM3//进程数 //定义可利用资源向量 structAvailable { intavailable[RESOURCE_MAXNUM]; }res_ava; //最大需求矩阵 structMax { intmax[THREAD_MAXNUM][RESOURCE_MAXNUM]; }res_max; //已分配矩阵 structAllocation { intallocation[THREAD_MAXNUM][RESOURCE_MAXNUM]; }res_all; //需求矩阵 structNeed { intneed[THREAD_MAXNUM][RESOURCE_MAXNUM]; }res_nee; //临时进程的资源分配序列 inttmpSequence[THREAD_MAXNUM]; //可能的一个安全序列 intsecSequence[THREAD_MAXNUM]; //找到一个安全执行序列的标志 intisFindSecQue=0; //定义一系操作方法 //进行显式地初始化操作 voidinit(); //打印操作 voidprintInfo(); //输入操作 voidinput(); //检测条件Need=Max-Allocation intcheck(); //测试可得到的资源能否江足要求 intcheck(intthreadID,intneed[THREAD_MAXNUM]); //当前待分配的进程需求 voidcurThreadNeed(); //更新操作 voidupdate(intthredID,intneed[THREAD_MAXNUM]); //释放操作 voidrelease(intthreadID); //安全性算法 intsecurity(intsequence[THREAD_MAXNUM]); //回溯得到进程执行序列,并执行安全性算法 voidbacktrack(); //交换数组中指定的两个值 voidswapArray(intarr[THREAD_MAXNUM],intpos1,intpos2); //拷贝数组 voidcopyArray(intarr1[THREAD_MAXNUM],intarr2[THREAD_MAXNUM]); intmain() { init(); input(); intcheckres=check(); if(checkres==0) { printf("输入有问题,确认后重新输入/n"); exit(-1); } printInfo(); curThreadNeed(); printInfo(); printf("执行安全性算法/nENTER键继续.../n/n"); getch(); backtrack(); if(isFindSecQue==0) printf("未找到一个安全的进程执行序列/n"); return0; } voidinit() { inti,j; for(i=0;i { for(j=0;j { res_all.allocation[i][j]=0; res_max.max[i][j]=0; res_nee.need[i][j]=0; } tmpSequence[i]
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- 实验 银行家 算法