操作系统实验报告银行家算法模拟.docx
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操作系统实验报告银行家算法模拟
银行家算法模拟
【开发语言及实现平台或实验环境】
C++/C#
MicrosoftVisualStudio6.0/MicrosoftVisualStudio.NET2003
【实验目的】
（1）进一步理解利用银行家算法避免死锁的问题；
（2）在了解和掌握银行家算法。
（3）理解和掌握安全序列、安全性算法
【实验内容】
（1）编写安全性算法；
（2）编写银行家算法，并编制银行家算法通用程序，将调试结果显示在计算机屏幕上，再检测和笔算的一致性。
【实验原理】
一、安全状态
指系统能按照某种顺序如（称为序列为安全序列），为每个进程分配所需的资源，直至最大需求，使得每个进程都能顺利完成。
二、银行家算法
假设在进程并发执行时进程i提出请求j类资源k个后，表示为Requesti[j]=k。
系统按下述步骤进行安全检查：
（1）如果Requesti≤Needi则继续以下检查，否则显示需求申请超出最大需求值的错误。
（2）如果Requesti≤Available则继续以下检查，否则显示系统无足够资源，Pi阻塞等待。
（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。
三、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：
ØWork［j］∶=Work［i］+Allocation［i,j］;
ØFinish［i］∶=true;
Øgotostep2;
（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。
【实验步骤】
（1）参考图1-1所示流程图编写安全性算法。
N
Y
所有finish都为true？
输出安全序列
N
Y
N
存在Finish[i]=false
&&Need[i][j]<=Available[j]
初始化Work和Finish
Finish[i]=true，Work[j]=Work[j]+Allocation[i][j]
所有进程都找完了？
Y
开始
图1-1安全性算法流程图
输出系统不安全
（2）编写统一的输出格式。
每次提出申请之后输出申请成功与否的结果。
如果成功还需要输出变化前后的各种数据，并且输出安全序列。
（3）参考图1-2所示流程图编写银行家算法。
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]+Requesti[j]
Allocation[i][j]=Allocation[i][j]－Requesti[j]
Need[i][j]=Need[i][j]+Requesti[j]
N
Y
N
Y
Requesti[j]>Need[i][j]
出错返回：
return（error）
Requesti[j]>Available[j]
出错返回：
（进程阻塞）
return（error）
Available[j]=Available[j]–Requesti[j]
Allocation[i][j]=Allocation[i][j]+Requesti[j]
Need[i][j]=Need[i][j]–Requesti[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1-2银行家算法流程图
（4）编写主函数来循环调用银行家算法。
【实验思考】
（1）在编程中遇到了哪些问题？
你是如何解决的？
答：
编程的过程中，在实现安全性算法和银行家算法的问题上遇到了困难，比如进程使用字母表示，如何识别进程和进程与程序联系在一起的问题，一直阻碍着我，后来结合将所学知识我通过for循环语句将输入的字母先进行判断再与整型数据对应，然后再将进程与程序联系在一起，从而解决了问题。
（2）在安全性算法中，为什么不用变量Available，而又定义一个临时变量work？
答：
定义一个临时变量work是为了防止在不安全的情况下破坏数据原值，这样就能使程序更加安全。
【源代码】
#include
#include
#defineM3//资源的种类数
#defineN5//进程的个数
voidoutput（intiMax[N][M],intiAllocation[N][M],intiNeed[N][M],intiAvailable[M],charcName[N]）;//统一的输出格式
boolsafety（intiAllocation[N][M],intiNeed[N][M],intiAvailable[M],charcName[N]）;
boolbanker（intiAllocation[N][M],intiNeed[N][M],intiAvailable[M],charcName[N]）;
voidmain（）
{
inti,j;
//当前可用每类资源的资源数
intiAvailable[M]={3,3,2};
//系统中N个进程中的每一个进程对M类资源的最大需求
intiMax[N][M]={{7,5,3},{3,2,2},{9,0,2},{2,2,2},{4,3,3}};
//iNeed[N][M]每一个进程尚需的各类资源数
//iAllocation[N][M]为系统中每一类资源当前已分配给每一进程的资源数
intiNeed[N][M],iAllocation[N][M]={{0,1,1},{2,0,0},{3,0,2},{2,1,1},{0,0,2}};
//进程名
charcName[N]={'a','b','c','d','e'};
boolbExitFlag=true;//退出标记
charch;//接收选择是否继续提出申请时传进来的值
boolbSafe;//存放安全与否的标志
//计算iNeed[N][M]的值
for（i=0;ifor（j=0;jiNeed[i][j]=iMax[i][j]-iAllocation[i][j];
//输出初始值
output（iMax,iAllocation,iNeed,iAvailable,cName）;
//判断当前状态是否安全
bSafe=safety（iAllocation,iNeed,iAvailable,cName）;
//是否继续提出申请
while（bExitFlag）
{
cout<<"\n"<<"继续提出申请？
\ny为是；n为否。
\n";
cin>>ch;
switch（ch）
{
case'y':
//cout<<"调用银行家算法";
bSafe=banker（iAllocation,iNeed,iAvailable,cName）;
if（bSafe）//安全，则输出变化后的数据
output（iMax,iAllocation,iNeed,iAvailable,cName）;
break;
case'n':
cout<<"退出。
\n";
bExitFlag=false;
break;
default:
cout<<"输入有误，请重新输入：
\n";
}
}
}
//输出
voidoutput（intiMax[N][M],intiAllocation[N][M],intiNeed[N][M],intiAvailable[M],charcName[N]）
{
inti,j;
cout<<"\n\tMax\tAllocation\tNeed\tAvailable"<cout<<"\tABC\tABC\tABC\tABC"<for（i=0;i{
cout<for（j=0;jcout<cout<<"\t";
for（j=0;jcout<cout<<"\t";
for（j=0;jcout<cout<<"\t";
cout<<"";
//Available只需要输出一次
if（i==0）
for（j=0;jcout<cout<}
}
//安全性算法，进行安全性检查；安全返回true，并且输出安全序列，不安全返回false，并输出不安全的提示；
boolsafety（intiAllocation[N][M],intiNeed[N][M],intiAvailable[M],charcName[N]）
{
inti,j,flag,x=0;
charName[N];
intWork[M];
boolFinish[N];
for（j=0;jWork[j]=iAvailable[j];
for（i=0;iFinish[i]=false;
while（true）
{
flag=0;
for（i=0;i{
if（Finish[i]==false&&Work[0]>=iNeed[i][0]&&Work[1]>=iNeed[i][1]&&Work[2]>=iNeed[i][2]）
{
for（j=0;j{
Work[j]+=iAllocation[i][j];
}
Finish[i]=true;
flag++;
Name[x++]=cName[i];
}
}
for（i=0;i{
if（Finish[i]==false）
{
i=i;
break;
}
}
if（i==5）
{
cout<<"\n";
cout<<"安全序列为：
";
for（x=0;xcout<cout<<"\n";
returntrue;
}
if（flag==0）
{
cout<<"无安全序列";
returnfalse;
}
}
returntrue;
}
//安全返回true，不安全返回false
boolbanker（intiAllocation[N][M],intiNeed[N][M],intiAvailable[M],charcName[N]）
{
intiMax[N][M]={{7,5,3},{3,2,2},{9,0,2},{2,2,2},{4,3,3}};
inti,j,Request[M],check[M];
boolf=true;
charx;
while（f）
{
cout<<"请输入进程名：
";
cin>>x;
for（i=0;iif（cName[i]==x）
{
i=i;
break;
}
if（i==5）
cout<<"\n您输入的进程名有误！
请重新输入";
else
f=false;
}
cout<<"请输入各资源数量：
";
for（j=0;jcin>>Request[j];
for（j=0;j{
check[j]=Request[j]+iAllocation[i][j];
}
for（j=0;j{
if（（iMax[i][j]-check[j]）<0）
{
cout<<"\n资源申请超过最大需求量！
！
！
\n";
returnfalse;
}
}
for（j=0;j{
if（（iAvailable[j]-Request[j]）<0）
{
cout<<"\n不能满足进程！
！
！
\n";
returnfalse;
}
}
for（j=0;j{
iAvailable[j]-=Request[j];
iAllocation[i][j]+=Request[j];
iNeed[i][j]-=Request[j];
}
safety（iAllocation,iNeed,iAvailable,cName）;
returntrue;
}
【实验结果与分析】
【实验思考及总结】
操作系统的基本特征是并发与共享。
系统允许多个进程并发执行，并且共享系统的软、硬件资源。
为了最大限度的利用计算机系统的资源，操作系统应采用动态分配的策略，但是这样就容易因资源不足，分配不当而引起“死锁”。
而我本次课程设计就是得用银行家算法来避免“死锁”。
银行家算法就是一个分配资源的过程，使分配的序列不会产生死锁。
此算法的中心思想是：
按该法分配资源时，每次分配后总存在着一个进程，如果让它单独运行下去，必然可以获得它所需要的全部资源，也就是说，它能结束，而它结束后可以归还这类资源以满足其他申请者的需要。
通过这次实验，我体会到银行家算法的重要性，银行家算法是避免死锁的主要方法，其思路在很多方面都非常值得我来学习借鉴。
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