银行家算法课程设计报告.doc

操作系统原理课程设计报告1设计目的（1） 进一步了解进程的并发执行（2） 加强对进程死锁的理解（3） 用银行家算法完成死锁检测2设计内容给出进程需求矩阵C、资源向量R以及一个进程的申请序列。使用进程启动拒绝和资源分配拒绝（银行家算法）模拟该进程组的执行情况。3设计要求（1） 初始状态没有进程启动；（2） 计算每次进程申请是否分配，如：计算出预分配后的状态情况（安全状态，不安全状态），如果是安全状态，输出安全序列；（3） 每次进程申请被允许后，输出资源分配矩阵A和可用资源向量V；（4） 每次申请情况应可单步查看，如：输入一个空格，继续下个申请。4算法原理4.1银行家算法中的数据结构（1)可利用资源向量Available它是一个含有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数目。其数值随该类资源的分配和回收而动态地改变。如果Availablej=K,则表示系统中现有Rj类资源K个。（2)最大需求短阵Max这是个nm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，表示进程i需要Rj类资源的最大数目为K。（3)分配短阵Allocation这是一个nm的矩阵，它定义了系统中每一类资源当前已分配给每个进程的资源数。如果Allocation(i,j)K，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它是一个nm的矩阵，用以表示每一个进程尚需的各类资源数，如果Needi,j=K，则表示进程i还需要Rj类资源k个，方能完成其任务。上述三个矩阵间存在下述关系：Needi,j=Maxi,j-Allocationi,j4.2银行家算法设Requesti是进程Pi的请求向量。如果Requestijk，表示进程只需要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 Requestij=Needi,j，则转向步骤2；否则，认为出错，因为它所 3需要的资源数已超过它所宣布的最大值。(2)如果Requestij=Availablej ，则转向步骤3；否则，表示系统中尚无足够的资源，Pi必须等待。(3)系统试探把要求的资源分配给进程Pi，并修改下面数据结构中的数值：Availablej:=Availablej-Requestij; Allocationi,j:=Allocationi,j+Requestij; Needi,j:=Needi,j-Requestij;(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，将试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程Pi等待。4.3安全性算法系统所执行的安全性算法可描述如下：(1)设置两个向量、工作向量Work。它表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源数目，它含有m个元素，执行安全算法开始时，Work = Available。、Finish。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Finishi:=false ；当有足够资源分配给进程时，令 Finishi:=true。(2)从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：、Finishi=false; 、Needi,j=Workj;如找到，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：Workj:=Worki+Allocationi,j; Finishi:=true;goto step 2；(4)如果所有进程的Finishi:=true，则表示系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态。5设计思路（1） 进程一开始向系统提出最大需求量；（2） 进程每次提出新的需求都统计是否超出它事先提出的最大需求量;（3）若正常，则判断该进程所需剩余量（包括本次申请）是否超出系统所掌握的剩余资源量，若不超出，则分配，否则等待。6算法流程图6.1银行家算法流程图 开始 提出进程i的请求 向量Resquest* alloci * +Request*=claim No ERROR i* Yes Request*=available* no ERROR yes available*-=Request* alloci*+=Request* is_safe() No yes available*+=Request* alloc*-=Request* 同意本次分配 拒绝本次分配图1银行家算法流程图6.2银行家算法安全检测流程图 开始 tmp_avail*=available* 寻找进程k满足 Claimk*-allock*tmp_avail* 是否存在这样 返回false 的进程 tmp_avail*+=alloc* 标记进程k 是否所有的进程 都被标记 返回true 图2银行家算法安全检测流程图7银行家算法之列假定系统中有五个进程：P0，P1，P2，P3，P4和三种类型的资源A，B，C，每一种资源的数量分别为10、5、7,在T0时刻的资源分配情况如图3所示。 资源情况 进程MaxAllocationNeedAvailableA B CA B CA B CA B CP07 5 30 1 07 4 33 3 2（2 3 0）P13 2 22 0 0(3 0 2)1 2 2(0 2 0)P29 0 23 0 26 0 0P32 2 22 1 10 1 1P44 3 30 0 24 3 1图3 T0时刻的资源分配表(1)T0时刻的安全性：利用安全性算法对T0时刻的资源分配情况进行分析(如图可知，在T0时刻存在着一个安全序列P1，P3，P4，P2，P0，故系统是安全的。 资源情况进程WorkNeedAllocationWork+AllocationFinishA B CA B CA B CA B CP13 3 21 2 22 0 05 3 2truetruetruetruetrueP35 3 20 1 12 1 17 4 3P47 4 34 3 10 0 27 4 5P27 4 56 0 03 0 210 4 7P010 4 77 4 30 1 010 5 7图4 T0时刻的安全序列(2)P1请求资源：P1发出请求向量Request1(1,0,2),系统按银行家算法进行检查：Request1(1,0,2)=Need1(1,2,2)Request1(1,0,2)=Available1(3,3,2)系统先假定可为P1分配资源，并修改Available,Allocation1和Need1向量，由此形成资源变化情况如图1中的圆括号所示。再利用安全性算法检查此时系统是否安全。如图5所示 资源情况进程WorkNeedAllocationWork+AllocationFinishA B CA B CA B CA B CP12 3 00 2 03 0 25 3 2truetruetruetruetrueP35 3 20 1 12 1 17 4 3P47 4 34 3 10 0 27 4 5P07 4 57 4 30 1 07 5 5P27 5 56 0 03 0 210 5 7图5 P1申请资源时的安全性检查由所进行的安全性检查得知，可以找到一个安全序列P1,P3,P4,P2,P0。因此系统是安全的，可以立即将P1所申请的资源分配给它。(3)P4请求资源：P4发出请求向量Request4(3,3,0),系统按银行家算法进行检查：Request4(3,3,0)Need4(4,3,1);Request4(3,3,0)不小于等于Available(2,3,0),让P4等待。(4)P0请求资源：P0发出请求向量Request0(0,2,0),系统按银行家算法进行检查。Request0(0,2,0) Need0(7,4,3);Request0(0,2,0) Available(2,3,0);系统暂时先假定可为P0分配资源，并修改有关数据，如图6所示。 资源情况进程AllocationNeedAvailableA B CA B CA B CP00 3 07 3 22 1 0P13 0 20 2 0P23 0 20 0 0P32 1 10 1 1P40 0 24 3 2图6为P0分配资源后的有关资源数据(5) 进行安全性检查：可用资源Available(2,1,0)已不能满足任何进程的需要，故系统进入不安全状态，此时系统不分配资源。8程序测试结果图7图8图9图10源程序清单：#include #include #include #define FALSE 0#define TRUE 1#define W 10#define R 10int M ; int N ; int ALL_RESOURCEW;int MAXWR; int AVAILABLER; int ALLOCATIONWR; int NEEDWR; int RequestR; void output()int i,j;coutendlendl;cout各种资源的总数量:endl;for (j=0;jN;j+)cout 资源j: ALL_RESOURCEj;coutendl;coutendl;cout目前各种资源可利用的数量为:endl;for (j=0;jN;j+)cout 资源j: AVAILABLEj;coutendl;coutendl;cout各进程还需要的资源数量:endlendl;for(i=0;iN;i+)cout 资源i;coutendl;for (i=0;iM;i+)cout进程i: ;for (j=0;jN;j+)coutNEEDij ;coutendl;coutendl;coutendl;cout各进程已经得到的资源量: endlendl;for(i=0;iN;i+)cout 资源i;coutendl;for (i=0;iM;i+)cout进程i: ;for (j=0;jN;j+)coutALLOCATIONij ;coutendl;coutendl;void distribute(int k)int j;for (j=0;jN;j+)AVAILABLEj=AVAILABLEj-Requestj;ALLOCATIONkj=ALLOCATIONkj+Requestj;NEEDkj=NEEDkj-Requestj;void restore(int k)int j;for (j=0;jN;j+)AVAILABLEj=AVAILABLEj+Requestj;ALLOCATIONkj=ALLOCATIONkj-Requestj;NEEDkj=NEEDkj+Requestj;int check()int WORKR,FINISHW;int i,j;for(j=0;jN;j+) WORKj=AVAILABLEj;for(i=0;iM;i+) FINISHi=FALSE;for(i=0;iM;i+)for(j=0;jN;j+)if(FINISHi=FALSE&NEEDij=WORKj)WORKj=WORKi+ALLOCATIONij;FINISHi=TRUE;for(i=0;iM;i+)if(FINISHi=FALSE)coutendl;cout 系统不安全! 本次资源申请不成功!endl;coutendl;return 1;elsecoutendl;cout 经安全性检查，系统安全，本次分配成功。endl;coutendl;return 0;void bank() / 银行家算法int i=0,j=0;char flag=Y;while(flag=Y|flag=y)i=-1;while(i=M)coutendl;coutendli;if(i=M) cout 输入的进程号不存在，重新输入!endl;cout 请输入进程i申请各类资源的数量:endl;for (j=0;jN;j+)cout 资源jRequestj;if(RequestjNEEDij) coutendl 进程i申请的资源数大于进程i还需要j类资源的数量!;cout 若继续执行系统将处于不安全状态!AVAILABLEj)coutendl 进程i申请的资源数大于系统可用j类资源的数量!;cout 若继续执行系统将处于不安全状态!endl;flag=N;break;if(flag=Y|flag=y)distribute(i); if(check() restore(i); output(); else output(); else coutendl;coutflag;void version()coutendl;coutt 银 行 家 算 法 endl;void main() int i=0,j=0,p;version();getchar();coutendlM;coutendlendl;coutN;coutendlendl;cout请输入各类资源总数:(需要输入数为N个);for(i=0;iALL_RESOURCEi;coutendlendl;cout输入各进程所需要的各类资源的最大数量:(需要输入数为M*N个);for (i=0;iM;i+)for (j=0;jMAXij;if (MAXijALL_RESOURCEj)coutendl占有资源超过了声明的该资源总数,请重新输入ALL_RESOURCEj);coutendlendl;cout输入各进程已经占