操作系统课程设计银行家算法设计.docx
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操作系统课程设计银行家算法设计
《操作系统》
课程设计报告
系别:
信息科学与技术系
专业班级:
学生姓名:
指导教师:
(课程设计时间:
2010年7月5日——2010年7月9日)
一、课程设计目的和意义
了解掌握银行家算法,学会模拟实现资源分配,同时有要求编写和调试一个系统分配资源的简单模拟程序,观察死锁产生的条件,并使用适当的算法,有效的防止和避免死锁的发生
二、课程设计题目描述及算法
题目:
银行家算法设计
设计要求:
编制银行家算法通用程序,并检测所给状态的系统安全性。
设进程I提出请求Request[N],则银行家算法按如下规则进行判断。
(1)如果Request[N]<=NEED[I,N],则转
(2);否则,出错。
(2)如果Request[N]<=AVAILABLE,则转(3);否则,出错。
(3)系统试探分配资源,修改相关数据:
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;否则试探险性分配作废,系统恢复原状,进程等待。
上述三个矩阵存在如下关系:
Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]
三、课程设计报告内容
1.算法描述
设Request[i]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,系统按下面步骤进行检查:
(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。
2.数据结构
(1)可利用资源向量Available。
这是一个含有n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。
这是一个m*n的矩阵,它定义了系统中n个进程中每一个进程对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m*n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。
(5)工作数组Work.。
这是一个含有n个元素的数组,它代表可以提供分配的资源数,初始值是Available中的数值,随着资源的回收,它的值也会改变,公式是Work[i]=Work[i]+Allocation[i]。
3.主要函数说明
(1)Main()主函数:
用来显示资源的分配情况和提示信息,同时用Main函数来调用其它子程序。
(2)Safe()函数:
用来检查是否有安全序列,如果存在则返回一个‘1’给主函数,否则返回‘0’。
(3)Disp()函数:
用来显示随机生成的资源包括Max、Need、Allocation、Available。
(4)Request()函数:
用来进行资源请求,分为手动的和随机申请。
同时对申请的资源进行判断,检查申请是否有效,如果有效则返回一个‘1’给主函数,否则返回‘0’。
4.算法流程图
N
Y
Y
N
Y
Y
Y
Y
5.运行结果及说明
图1不存在安全序列
随机分配完资源后,进行安全检查,在检查过程中在屏幕上显示检查信息,上图为资源分配不安全时显示的信息。
若在程序中不将inti,j,k,h,l;改为intI;在检查Available是否满足Need时将检查m*n遍,并存在表达有歧异,改后就不需要全部检查,而是Available只要有一个不满足Need就停止检查。
图2存在安全路径
存在安全路径后,在屏幕上显示变化过程和安全路径。
提示是否申请资源。
由上图可知,进程p0最大需要的三种资源数分别为1079,需求资源数为431,当前已分配资源数为648,可利用资源数为11611。
p1、p2同理。
三个矩阵存在如下关系:
Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]
process[0]->need[0]
work[0]=17—已分配资源数6,可分配资源数11,则最大分配数17
同理work[1]=10、work[2]=19
Process[0]->need[1]
Work[0]=22—已分配资源数5,可分配17,则总可分配资源数22
后面的同理。
图3为申请资源
选择1则进行随机资源分配,选择2则进行手动资源分配。
图4手动分配
为保证程序只在选择的数为0、1或2时继续进行,使用If语句进行判断,不是选择的这三个进程数时终止程序并提示重新输入。
图5给p0手动配后生成的图形
与
图6随机分配生成的图形
比较
当手动输入的数小于所需资源数时,所需数减小,已分配数增多,p0原需要431,手动分配121后,为310,已分配变为769,p1、p2同理;当手动资源数为442时,need为000,但allocation为10811,并不等于1079,出现错误。
图7随机分配
当选择1时,进行随机分配,随机分配的资源数为321,无法满足需要,产生错误。
6.附录清单及分析
#include
#include
#include
#defineM3
#defineN3
intNeed[M][N],Allocation[M][N],Avalible[N],Max[M][N],finish[N];
//Need:
进程需要的资源数Allocation:
进程已分配的资源;Avalible:
进程可供分配的资源
voiddisplay(int*a,intn)//显示一维数组
{inti;
for(i=0;iprintf("%3d",a[i]);
}
voiddisp()//显示资源列表
{inti;//--原为inti,j,k,h,l,改后Available只要有一个不满足Need就停止检查;
printf("Nnumber\tMax\t\tneed\t\tallocation\tavalible\n");
for(i=0;i{printf("p%d\t",i);//--分别显示P0,P1,P2的Max,Need,Allocation,Avalible
display(Max[i],N);
printf("\t");
display(Need[i],N);
printf("\t");
display(Allocation[i],N);
printf("\t");
if(i==0)
display(Avalible,N);
printf("\n");
}}
voidgrand(int*a,int*b,intn)//分配资源
{inti;
for(i=0;ia[i]=b[i];
}
intcheck(int*a,int*b,intn)//检查Allocation是否与Max相等
{inti;
for(i=0;i{if(a[i]
return1;
}
intcompare(int*a,int*b,intn)//比较数组的大小
{inti;
;//原本为charflag
for(i=0;i{if(a[i]
return0;
}
return1;
}
intcomp(int*a,int*b,intn,intm)//比较数组
{inti;
for(i=0;i{if(a[i]>b[i])
{if(m==1)
printf("requestNumber%dresoucehaveanerrorrequestoverflowavalible[%d]\n",i+1,i);
if(m==2)
printf("requestNumber%dresoucehaveanerrorrequestoverflowNeed[%d]\n",i+1,i);
return0;}}
return1;
}
voiddec(int*a,int*b,intn)//数组相减
{inti;
for(i=0;ia[i]-=b[i];
}
charinput()//输入数据
{charc;
c=getchar()-0x30;
returnc;
}
voidadd(int*a,int*b,intn,intm)//数组相加
{inti;
for(i=0;ia[i]+=b[i];
for(i=0;i{if(m==0)printf("Avalible[%d]=%d",i,a[i]);
if(m==3)printf("\n");
if(m==1)printf("workvaluesechangedwork[%d]=%d\n",i,a[i]);
}
printf("\n");
}
intsafe()//检查安全序列
{inti,count=0,n,r1=1;//原为inti,count=0,n,j,r1=1;
intwork[N],sr[M],flag;
intfinish1[N];
grand(work,Avalible,N);
printf("checksafelist......\n");
for(i=0;ifinish1[i]=-1;
for(n=0;n{for(i=0;i{flag=compare(work,Need[i],N);
if(flag==0){printf("can'tsatisfyprocess[%d]->need[%d]",n,i);break;}
if(finish1[i]==-1&&flag==1&&finish[i]==-1)
{printf("findarightneed----process[%d]->need[%d]\n",n,i);
add(work,Allocation[i],N,r1);
finish1[i]=1;sr[count]=i;
count++;//记录安全序列
}}}
if(count>=M)
{printf("-----haveansafelist-----\n");
for(i=0;i{if(i!
=M-1)
printf("p%d->",sr[i]);
else
printf("p%d\n",sr[i]);
}return1;}
else
{printf("afterchecktherenosafelist.....\n");
printf("can'tapplyresouce\n");
return0;
}}
intran_request()//随机请求资源
{inti,flag1,flag2,r1=1,r2=2,r3=3;
intrequest[N],pn;//N=3
pn=rand()%2;//pn进程标志
printf("Process[%d]callforresouce\n",pn);//随机进程X请求资源
for(i=0;irequest[i]=rand()%5;//将随机资源给request[i],i=1,2,3,其实request是现在将要给予的资源
//而且request[1],[2],[3]即代表3种不同的资源类型
for(i=0;ifinish[i]=-1;
printf("randomproducerequest[%d]:
",N);//随机产生分配数
display(request,N);//显示request[]数组
printf("\n");
if(finish[pn]==-1)//finish记录进程是否分配完成
{
flag1=comp(request,Avalible,N,r1);//flag1
flag2=comp(request,Need[pn],N,r2);//flag2
if(flag1==1&&flag2==1)
{
printf("callforrequestavailible");//显示需求有效
dec(Avalible,request,N);//Avalible-request,指针形式,下2同
dec(Need[pn],request,N);//Need-request
add(Allocation[pn],request,N,r3);//Allocation+request
disp();
if(safe()==1)
{
if(check(Allocation[pn],Max[pn],N)==1)
{
add(Avalible,Allocation[pn],N,0);
finish[pn]=1;
}
return1;
}
else
return0;
}
}
else
printf("theresoucehaveassingned\n");
}
intrequest()//手动申请资源
{intrequest[N],pn;
inti,flag1,flag2,r1=1,r2=2,r3=3;
for(i=0;;i++)
{
printf("pleaseinputtherequestnumberwhichyouwant:
");
scanf("%d",&pn);
printf("\n");
if(pn>=0&&pn<=2)break;
else
printf("inputerror,pleaseinputagain!
\n");//非进程数0、1、2警告
}
printf("pleaseinputtherequestnumber:
\n");
for(i=0;i{
printf("The%drequest:
\n",i);
scanf("%d",&request[i]);
}
for(i=0;ifinish[i]=-1;
printf("randomproducerequest[%d]:
",N);
display(request,N);
printf("\n");
if(finish[pn]==-1)//finish记录进程是否分配完成
{
flag1=comp(request,Avalible,N,r1);//flag1
flag2=comp(request,Need[pn],N,r2);//flag2
if(flag1==1&&flag2==1)
{
printf("callforrequestavailible");//显示需求有效
dec(Avalible,request,N);//Avalible-request,指针形式,下2同
dec(Need[pn],request,N);//Need-request
add(Allocation[pn],request,N,r3);//Allocation+request
disp();
if(safe()==1)
{
if(check(Allocation[pn],Max[pn],N)==1)
{
add(Avalible,Allocation[pn],N,0);
finish[pn]=1;
}
return1;
}
else
return0;
}
}
else
printf("theresoucehaveassingned\n");
}
intmain()
{inti,j,s_flag;
charc,s;
intav[N],s_ll[M][N];
for(i=0;i{finish[i]=-1;}
srand(time(NULL));
for(i=0;ifor(j=0;j{Allocation[i][j]=rand()%10;
Need[i][j]=rand()%10;
Max[i][j]=Allocation[i][j]+Need[i][j];
}
for(i=0;i{Avalible[i]=rand()%12;}
disp();s_flag=safe();
if(s_flag==1)
{printf("requestresource---(Y/N)\n");
c=getchar();
if(c=='Y'||c=='y')
{
N1:
printf("1---------randomrequestresouce\n");
printf("2---------requestresoucebyman\n");
grand(av,Avalible,N);//保存原始的available的值
for(i=0;i{
grand(s_ll[i],Allocation[i],N);}//grand函数为分配资源函数
getchar();
Mnu:
s=getchar();
switch(s)//进行分配选择
{
case'1':
if(ran_request()==1)//ran_request()随机请求资源
{
printf("continuerequest(Y/N)\n");
getchar();c=getchar();
if(c=='Y'||c=='y')
gotoN1;}
else
{
grand(Avalible,av,N);
for(i=0;igrand(Allocation[i],s_ll[i],N);}
//grand(int*a,int*b,intn)/为分配资源函数,b按n大小赋值于a
break;
case'2':
if(request()==1)//--request()手动申请资源
{
printf("continuerequest(Y/N)\n");
getchar();c=getchar();
if(c=='Y'||c=='y')
gotoN1;}
else
{
grand(Avalible,av,N);//grand(int*a,int*b,intn)
//为分配资源函数,b按n大小赋值于a
for(i=0;igrand(Allocation[i],s_ll[i],N);}
break;
default:
printf("inputerror,pleaseinputagin...\n");gotoMnu;
}}
if(c=='N'||c=='n')
printf("Thankforyouruse....\n");}
return0;}
六、总结
通过这次的课程设计,我了解掌握了银行家算法,学会模拟实现资源分配,同时通过编写和调试一个系统分配资源的简单模拟程序,观察到了死锁产生的条件,并使用适当的算法,有效的防止和避免死锁的发生。
虽然操作系统是以前学的,再接触时遗忘了许多,但是通过老师的讲解,同学的帮助,自己也仔细地看了这次课程设计的实验指导,捡回了许多东西,对于银行家算法的设计、编写的思路变得清晰。
通过几天反复的阅读实验指导,仔细的思考出现的问题,反复推敲、测试与修改,终于能完满的完成课程设计任务。
课程设计的时间虽然不长,但带了给我知识,也带给了我战胜困难、完成任务的欢乐。
希望以后有更多的机会接触这类的课程设计。
课程设计成绩:
项目
业务考核成绩(70%)
(百分制记分)
平时成绩(30%)
(百分制记分)
综合总成绩
(百分制记分)
注:
教师按学生实际成绩(平时成绩和业务考核成绩)登记并录入教务MIS系统,由系统自动转化为“优秀(90~100分)、良好(80~89分)、中等(70~79分)、及格(60~69分)和不及格(60分以下)”五等。
指导教师评语:
指导教师(签名):
20年月日