2023年银行家算法实验报告完整版

操作系统实验报告课题：银行家算法专业:班级：学号:姓名:年月日目录TOC＼ｏ"1-3＂\h＼z\uHYＰERＬＩNK一实验目的ﻩ……………………PＡＧEREF_Tｏc＼h3HYPＥRLINK\l"_Tｏc"二实验内容………3HYPＥRLIＮK\ｌ＂_Tｏc"三问题描述ﻩ……………………3HYPＥRＬINK\ｌ＂＿Toｃ"四设计思绪 ………4HYPERＬINK\l"_Toc"五具体设计 ……………………5ＨＹPEＲLＩNＫ六运营结果ﻩ…………………10HＹPＥRLIＮＫ\ｌ＂_Toｃ"七心得体会ﻩ……………………16HYＰERＬINK\l"_Toｃ"八参考文献………17ＨＹＰEＲLINK\l＂_Toc＂附源程序………1７一、实验目的模拟实现银行家算法,用银行家算法实现资源分派。１.加深了解有关资源申请、避免死锁等概念。2．体会和了解死锁和避免死锁的具体实行方法。3、输入:1.系统中各类资源表2.每个进程需要各类资源总数系统分派给各个进程各类资源数4、输出:１.判断T0时刻的安全性２.假如系统是安全的，任意给出某个进程的一个资源请求方式并判断系统能否接受此请求,假如可以接受,其输出所有安全序列，反之，不予分派。二、实验内容1．设计进程对各类资源最大申请表达及初值的拟定。2.设定系统提供资源的初始状况。3.设定每次某个进程对各类资源的申请表达。4．编制程序,依据银行家算法，决定其资源申请是否得到满足。5.显示资源申请和分派时的变化情况。三、问题描述银行家算法.顾名思义是来源于银行的借贷业务，一定数量的本金要应多个客户的借贷周转,为了防止银行加资金无法周转而倒闭，对每一笔贷款，必须考察其是否能限期归还。在操作系统中研究资源分派策略时也有类似问题，系统中有限的资源要供多个进程使用,必须保证得到的资源的进程能在有限的时间内归还资源，以供其他进程使用资源。假如资源分派不得到就会发生进程循环等待资源,则进程都无法继续执行下去的死锁现象。在死锁的避免中,银行家算法把系统状态分为安全状态和不安全状态,只要能使系统始终处在安全状态,便可以避免发生死锁。所谓安全状态，是指系统能按某种顺序为每个进程分派所需资源，直到最大需求，使每一个进程都可以顺利完毕，即可找到一个安全资源分派序列。模拟实现这个工作过程。四、设计思绪我们可以把操作系统看作是银行家，操作系统管理的资源相称于银行家管理的资金,进程向操作系统请求分派资源相称于用户向银行家贷款。操作系统按照银行家制定的规则为进程分派资源,当进程初次申请资源时,要测试该进程对资源的最大需求量,假如系统现存的资源可以满足它的最大需求量则按当前的申请量分派资源,否则就推迟分派。当进程在执行中继续申请资源时,先测试该进程已占用的资源数与本次申请的资源数之和是否超过了该进程对资源的最大需求量。若超过则拒绝分派资源，若没有超过则再测试系统现存的资源能否满足该进程尚需的最大资源量,若能满足则按当前的申请量分派资源，否则也要推迟分派。银行家算法是一种最具代表性的避免死锁的算法。要解释银行家算法，必须先解释操作系统的安全状态和不安全状态。安全状态:假如存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1,…,Pn,则系统处在安全状态。安全状态一定没有死锁发生。不安全状态：不存在一个安全序列。不安全状态不一定导致死锁。安全序列:一个进程序列｛P1，…，Pn}是安全的，假如对于每个进程Pｉ(0≤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＜ｉ)当前占有资源量之和。先对系统从源文献中读取的数据进行安全性判断,然后对用户提出的请求进行合法性检查,即检查请求的是不大于需要的,不大于系统可运用的资源。若请求合法,则进行试分派，最后对试分派状态调用安全性算法进行安全性检查。若安全，则分派,否则,不分派,恢复本来状态，拒绝申请。五、具体设计1、初始化由用户输入数据，分别对可运用资源向量矩阵AVAILABLE、最大需求矩阵MAＸ、分派矩阵ALＬOCATＩON、需求矩阵NEED赋值。

2、银行家算法在避免死锁的方法中，所施加的限制条件较弱，有也许获得令人满意的系统性能。在该方法中把系统的状态分为安全状态和不安全状态，只要能使系统始终都处在安全状态,便可以避免发生死锁。银行家算法的基本思想是分派资源之前,判断系统是否是安全的;若是,才分派。设进程cｕｓnｅeｄ提出请求REQUEST[i]，则银行家算法按如下规则进行判断。（1)假如RＥQUEST[ｃusｎeed］[ｉ]<＝NEED[cｕsｎeｅd][i],则转(2)；否则,犯错。(2)假如REQUESＴ［ｃuｓneed][ｉ]＜=AVＡＩLABLE［cuｓｎeed］[ｉ]，则转(3);否则，犯错。(3)系统试探分派资源,修改相关数据：AＶAＩＬABLＥ[i］-=RＥＱＵＥST［ｃusneed］[ｉ］；AＬＬOCＡTION[ｃusneed］[ｉ]+=REQＵＥST［ｃusneeｄ][ｉ]；NEED[cusｎeｅd]［i］-=RＥQUESＴ［cｕsneed][ｉ];(４)系统执行安全性检查,如安全,则分派成立；否则试探险性分派作废，系统恢复原状，进程等待。(5)对于某一进程i，若对所有的j，有ＮEEＤ[i][j]=０，则表此进程资源分派完毕，应将占用资源释放。3、安全性检查算法（１)设立两个工作向量Work=AVAILAＢLE；FINIＳH（2）从进程集合中找到一个满足下述条件的进程，FIＮISH＝=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,直至完毕,从而释放资源。Worｋ+＝ALLOＣＡTION;Ｆinish=ｔｒｕｅ;GＯＴＯ２(４）如所有的进程Ｆｉnｉsh=true，则表达安全；否则系统不安全。4、流程图1、整体流程图开始开始录入请求资源数REQUEST[i]>NEED[i]或者REQUEST[i]>AVAILABLE[i]报错，重新输入AVAILABLE[i]-=REQUEST[i];

ALLOCATION[i]+=REQUEST[i];

NEED[i]-=REQUEST[i];初始化安全性检查安全AVAILABLE[i]+=REQUEST[i];

ALLOCATION[i]-=REQUEST[i];

NEED[i]+=REQUEST[i];保持原分派进程执行完释放资源继续分派结束YESNOYESNOYESYESNONO2、判断系统的安全性Safe()六、运营结果1、系统不安全的输入(1）、本程序按下图建立.txt源文献,作为程序的初始化输入（2）执行程序,读取源文献，并判断T０时刻所得结果:2.系统安全的输入(1)、本程序按下图建立.ｔxt源文献，作为程序的初始化输入(２)执行程序，读取源文献,并判断T0时刻所得结果:（3）Ｔ0时刻的安全序列（4)不合理的分派输入Ｐ1进程Reｑuest（221)与输入P2进程Request（2２2）所得请求结果：(5)合理的分派1.存在安全序列：调用Reｑｕest()函数，测试该函数的可行性，如输入Ｐ1进程Requeｓt(０12）,所得结果：2、不存在安全序列输入P0进程Ｒequest(020)，所得结果:七、心得体会本次实验让我对银行家算法和死锁都有了一定的理解。知道了在资源一定的条件下为了让多个进程都能使用资源完毕任务，避免死锁的产生可以从一开始就对系统进行安全性检查来判断是否将资源分派给正在请求的进程。但是银行家算法会加大系统的开销。此外，存在以下疑问,在系统不分派进程所请求的资源的时候,是否会将此资源等待，直到拥有足够的资源的时候再来运营?进程会请求资源是指在执行的过程中只有拥有了足够数量的资源才可以执行下去,但是资源有限,进程数又有足够多,我们盼望所有进程都可以在最短的时间内执行完。也许可以这样理解。操作系统的基本特性就是并发和共享,系统允许多个进程并发执行,并且共享系统的软、硬件资源。为了最大限度的运用计算机资源，操作系统应采用动态分派的策略，但是这样就容易因资源局限性、分派不妥而引起“死锁”。本次课程设计就是用银行家算法来避免“死锁”。该算法就是一个资源分派过程，使分派序列不会产生死锁。此算法的中心思想就是，每次分派后总存在着一个进程，假如让它单独的运营下去,必然可以获得它所需要的所有资源,而它结束后可以归还这类资源以满足其他申请者的需要。此外，我知道了在程序进行编写之前，先对程序的规定进行分析,弄清楚程序所需要的功能，然后将每个功能提成一个功能模块即调用函数来实现，无需过多的画蛇添足。参考资料【１】《计算机操作系统》（第三版)汤小丹、梁红兵、汤子瀛、哲凤屏等西安电子科技大学出版社20２3-0５

【２】《Ｃ＋+Ｐrimer中文版》(第4版）HYPERＬINK"¼ˆç¾Žï¼‰StａnleyB.Lippmａｎ_1．htmｌ"\t"_blaｎk"（美)SｔanleyB.Liｐpmaｎ

等著

HYPＥＲLＩＮK"Žå¸ˆè´¤_１.htｍl"\ｔ"_blank"李师贤等译.HYＰERＬINK"°‘邮电出版社_１.ｈｔml"\t"_blａnｋ＂人民邮电出版社,２０23-０3-0１【3】《Ｃ++Primer习题解答》(第4版）HＹPERLINK"’‹çˆ±å†›_1.htｍl"＼t"＿blank"蒋爱军，HYＰEＲLINK"Žå¸ˆè´¤_1.html"\t"_blaｎk＂李师贤,HYPEＲLINK"¢…晓勇_1.htｍl"\ｔ"_ｂｌaｎｋ"梅晓勇

著HYPEＲLINＫ"°‘邮电出版社_1.html"＼t"_blaｎk"人民邮电出版社2023－02－0１【4】《现代操作系统》(原书第3版）ＨYPERLＩNK"¡”嫩鲍姆（Tanenbaum．Ａ.S）_1．htmｌ＂塔嫩鲍姆(Taｎenbaｕm.A.S），HYPERＬINK"™ˆå‘群_1.hｔml"\t"＿ｂｌaｎk"陈向群,HＹＰERLINK＂©¬æ´ªå…µ＿1.ｈtｍl"\t＂_blaｎk"马洪兵

著HYＰERLIＮK"œºæ¢°å·¥ä¸šå‡ºç‰ˆç¤¾_1.hｔｍｌ"\t"_blaｎk＂机械工业出版社2０2３－０7-０１【5】《计算机操作系统教程》ＨYＰERＬIＮK"¼

尧学_1.ｈtmｌ＂＼t"＿ｂlａnｋ"张尧学,ＨＹPEＲLＩNK＂²ç¾Žæž—_1．htｍl"\ｔ＂＿blank＂史美林,HYPＥRLINK＂¼

高_1.htｍl＂\t＂＿bｌaｎｋ"张高HYＰERLINK＂¸…华大学出版社＿１.htｍl"\ｔ"_ｂlａnk"清华大学出版社2023－10－01【6】《数据结构(STＬ框架）》HYPERLIＮK"Ž‹æ™“东_1.html"＼t"_ｂlank"王晓东

著HYPEＲLINＫ"¸…华大学出版社＿1.ｈtml"\t"_blａnk"清华大学出版社2023－09-01【７】《计算机操作系统(第三版)》汤子瀛等西安电子科技大学出版社202３-05【8】《操作系统实验教程——基于windｏwｓ和Linｕx》秦明等HYPERLＩNＫ"［ｋeywｏrds]_%E６%Ｂ8%85%E5%8D%8Ｅ%E5%A4％A7%Ｅ５%AＤ％A6.html"\t"_bｌank"\o"清华大学"清华大学出版社202３-09-01

附:源程序＃inclｕｄｅ<fｓｔreａm．h>#iｎclｕdｅ<sｔｄio．h>#incluｄe<stｄlｉb.h＞#defiｎeＭ1０//最大进程数#ｄｅfineＮ3//系统所拥有的资源类型ｉnｔＭax［M]［N］;//进程对各类资源的最大需求iｎtAllｏcaｔion[M］［N］;//系统已为进程所分派的各类资源数intNｅed[M][N];//运营进程尚需的各类资源数intWoｒk［N];//运营进程时系统所拥有的资源数boｏlfｉnisｈ[M];//表达系统是否有足够的资源分派给进程inｔAvailａble［N];//系统可运用的资源数iｎtｎ_pro=０;//进程的数目ｉｎtｆlag［M]=｛－１};／/用于标记安全序列iｎtReadｆile（)；/／从磁盘读文献ｉntＳａｆｅ1（inｔfｌaｇ[],ｉntn,intt);//输出所有安全状态voｉdshow();intSafe();／／判断系统是否处在安全状态ｉnｔReqｕｅst()；／／请求资源分派函数vｏidshoｗ（){ﻩprｉntf(＂\t％-9s＼t％-9ｓ\t%-9ｓ\n","ＭＡＸ","Ａllocatｉon","Need＂）； ｐｒｉｎｔf(＂\tＡBＣ\tABC\tAＢC\n");ﻩfor(inti＝０;i<n_prｏ；ｉ++)ﻩ{ﻩ pｒintf("p%d\t％d%4d%4d＼t",i,Max[i］[0],Max［ｉ]［1]，Max[i]［2］);ﻩ printf（"%d％4d%４d\t＂,Alloｃａｔｉoｎ[i]［0],Alloｃaｔioｎ［ｉ][1]，Allocatｉoｎ［i][2］); ﻩpriｎtf（"%d%4d%４d\n＂，Neｅｄ[i]［0],Nｅed［ｉ][1],Neｅｄ［i］[2]）;ﻩ} printｆ("系统可运用资源数：\ｎ＂）;ﻩｐrintf(＂＼ｔA\ｔB\tC\n");ﻩpriｎｔf("\ｔ%ｄ\t%d\t%ｄ\n＂,Aｖａｉｌable[０],Avaiｌable[1],Avａiｌabｌe［2］)；}intRｅａdfｉle()//从磁盘读文献｛ﻩinti＝0,j=0;／／i表进程,ｊ表资源ﻩifｓｔreaminFｉle;/／文献ﻩｉnＦｉlｅ．oｐen("tｅsｔ.tｘｔ");//打开输入文献,按照规定的格式提取线程等信息 for（j=０;j＜N;j++)ﻩﻩiｎＦｉle＞>Ａｖailable[j];ﻩiｎFilｅ.geｔ(); pｒintf(＂系统最大资源数:\n＂）; pｒｉntｆ(＂\tA\tB\ｔC\n")； prｉntf("\t%ｄ＼ｔ%ｄ\t%d\n＂,Ａvaiｌablｅ[0］，Avａilａbｌe[1],Availaｂle[２]）; ﻩinFｉle>>n_ｐro; inFiｌe.get（);ﻩpriｎｔｆ（"当前进程的数目：%ｄ＼n",n_ｐro);ﻩwｈilｅ(i<n_pro)//提取进程的相关资源信息ﻩ{ﻩﻩ fｏｒ(j=０；j<Ｎ;j＋+） iｎFile>＞Mａx［ｉ］[j]；ﻩﻩfoｒ(j=0；j<Ｎ;j++) ﻩinFｉle＞＞Allocation[ｉ][j］; ﻩfor(j=０;j<N；j++) ｛ﻩﻩ Need[i]［j］=Ｍａx[i］［ｊ]-Aｌlｏcatｉｏｎ［i］［j]; Avａiｌａble[j]-=Allｏcatｉon[ｉ][j]； }ﻩﻩi++; }ﻩfｏr(j＝０；j＜N;ｊ＋＋)ﻩ Ｗork[j]=Ａvaｉlａble［j]；ﻩpriｎtｆ(＂显示初始化资源分派表:\n"); sｈow（); priｎtf（"＼ｎ");ﻩreturｎ0;}intSafe()／/判断系统是否是安全的{ ｉnttempn=n＿pｒo;ﻩｉnｔｉ＝0，j=0，t＝0;ﻩfｏr(i=0;i<ｎ_ｐｒｏ；ｉ＋+)ﻩ fiｎisｈ［i]=ｆａlse; whｉｌe（ｔeｍpn）ﻩ{ﻩ for（i＝0;i<ｎ＿pｒｏ;ｉ++） ﻩ{ﻩ ﻩｉf（!fｉnｉsｈ[ｉ］）ﻩ ﻩ{ﻩ ﻩﻩiｎｔtp=０；//注释部分用于调试程序// ﻩ priｎｔf("％ｄ\t%ｄ%４ｄ％4d＼ｔ"，i,Work[0]，Ｗork［1],Worｋ[2]）;//ﻩﻩﻩﻩｐriｎtｆ("%d%４d%4ｄ＼ｎ"，Ｎeｅｄ[ｉ][0],Need[ｉ][1],Neeｄ［ｉ][2]）;ﻩﻩﻩ tp＝(Work［0]>=Neｅd[ｉ][0])&＆(Work[1]>=Nｅeｄ[i][1］)&&(Work[2]>=Nｅed［i][２］); ﻩ ﻩｉf(tｐ) ﻩ ﻩ｛ﻩﻩﻩﻩﻩfiｎisｈ[i]=truｅ; ﻩﻩ for(iｎtj=０;j<Ｎ；j++）ﻩﻩﻩﻩﻩﻩＷｏrk[ｊ]+=Ａlｌoｃaｔiｏｎ［ｉ]［j]； ﻩﻩﻩ ｆｌag[ｔ]=i;//ﻩ ﻩ ｐriｎtf(＂%d\ｔｆlaｇ[%d]=%d＂，ｉ，t,fｌag[t]);ｓyｓｔem("pause");printf(＂＼n");ｔ＋＋; ﻩ ﻩﻩbｒeak； ﻩ} ﻩﻩ} ﻩﻩ}ﻩ tempn--;ﻩ} ｆor(i=0；i<ｎ_pro;i++) ﻩｉf(finｉsh[i]＝=fａlｓe){printf("系统不安全，不存在安全序列\n＂）;rｅturn-1;}ﻩprintｆ(＂系统是安全的,存在安全序列：＼ｎ")； for(ｊ=0;ｊ<N;j++) Woｒk［j]=Availａｂle[j］;ﻩＳafe1(ｆｌag,n_pｒo,0);ﻩprintf("\n＂）; retｕrｎ0;}intSafｅ1(iｎｔflag[]，inｔn,intt）{ intp，i，j,ｋ;//p为标记ﻩinｔｔeｍｐ[Ｎ];／/临时数组 for（i=0；ｉ<n；ｉ++)ﻩ{ﻩﻩ ｉnttｐ＝0； ﻩtp=(Wｏrk[０］>=Neｅd[i][0]）&&(Wｏrk[1]>=Neeｄ[i][1])&&(Wｏrk[2]>=Nｅed[ｉ］[2]); ｉf（tp) ﻩ{ﻩ for(j=0;ｊ<N;j++） Ｗork[j］+=Allocａtion[ｉ]［ｊ];ﻩ fｌag[t]=i;ﻩ ﻩ p＝1;ﻩ } ﻩeｌsecontinue; ﻩ ｆoｒ(ｉntj=０;j＜ｔ；ｊ+＋） ﻩif(flag[t]==flag[ｊ］)ﻩﻩ｛ ﻩﻩﻩﻩﻩﻩfor(j=0;ｊ<N；j＋+) ﻩWoｒk[j]-=Alloｃatｉoｎ[i][j]; ﻩﻩp＝0；breaｋ；ﻩ }ﻩif(p==1） ﻩ｛ if(ｔ==n－１）ﻩﻩﻩ{ for(k=0;k＜n;ｋ＋+) ﻩpｒｉｎtｆ（"ｐ％-5ｄ",fｌaｇ［k])； ﻩﻩｐrintf(＂\n"); ﻩﻩ}ﻩﻩelse {ﻩ ﻩﻩfor（k=0;ｋ＜N;k++) ﻩ ﻩﻩｔemp［k]=Wｏｒk[k]-Ａlｌocaｔion[i][ｋ］; Safｅ1(fｌａg，n,ｔ+1）;ﻩﻩﻩ fｏr(k=0；k<N;k++）ﻩ ﻩＷork[k]=temp[k］; ﻩﻩ ﻩ ﻩ} ｝ }ﻩｒeｔurｎ０;}intＲequｅst()//进程提出请求后,判断系统能否将资源分派给它{ﻩinｔrq；//下标ﻩinｔReｑｕest[Ｎ]； pｒiｎtｆ(＂请输入需要请求的进程号(0~4):"); sｃanf("％d＂,＆rq);ﻩｐｒintf（＂请输入需要请求的资源数(ABC):"); sｃanf（"%d%d%d",&Requeｓt[0],&Reqｕest[1］,＆Requｅst[2］);ﻩif(Nｅed[ｒq][0]<Reｑuest[０］|｜Need[rq][1]<Ｒeｑueｓt[1]||Ｎeed[rq][2]<Reqｕesｔ[2])ﻩ｛ﻩﻩpｒinｔf("进程p%d申请的资源大于它所需要的资源\n分派不合理,不予分派\ｎ\ｎ",rq）; ﻩｒeｔuｒn-1; } ｉｆ(Availabｌe［０]<Reｑueｓt[0］||Avａiｌabｌe[1]<Ｒｅquｅst[1］｜|Ａvaｉlaｂlｅ[2]＜Requｅｓｔ[2]）ﻩ｛ﻩﻩprｉｎtｆ（"进程p%ｄ申请的资源大于系统现在可运用的资源\ｎ分派不合理,不予分派\n＼n"，rq);ﻩ reｔurｎ-1; }ﻩfor(intj＝0;