操作系统课程设计.docx
《操作系统课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统课程设计.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
操作系统课程设计
《操作系统课程设计》
学院：
经济管理学院
专业：
信息管理与信息系统
姓名：
田定金
学号：
20104940129
指导教师：
刘任东
上机环境：
VC++6.0
2011-2012年度第2学期
实验时间：
2012年6月
1、实验目的
进行操作系统课程设计主要是在学习操作系统课程的基础上，在完成操作系统各部分实验的基础上，对操作系统的整体进行一个模拟，通过实践加深对各个部分的管理功能的认识，还能进一步分析各个部分之间的联系，最后达到对完整系统的理解。
同时，可以提高运用操作系统知识解决实际问题的能力；锻炼实际的编程能力、创新能力及团队组织、协作开发软件的能力；还能提高调查研究、查阅技术文献、资料以及编写软件设计文档的能力。
2、实验内容
模拟银行家算法和生产者---消费者算法
算法介绍:
（1）银行家算法：
（1）数据结构:
1.可利用资源向量Available
2.资源种类m，进程个数n
3.分配矩阵Alloc
4.需求矩阵Need
（2）功能介绍:
模拟实现银行家算法以避免死锁的出现.分两部分组成:
第一部分:
银行家算法（扫描）
1．如果Request<=Need,则转向2;否则,出错
2．如果Request<=Available,则转向3,否则等待
3．系统试探分配请求的资源给进程
4．系统执行安全性算法
第二部分:
安全性算法
1.设置两个向量
（1）.工作向量:
Work=Available（表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源数目）
（2）.Finish:
表示系统是否有足够资源分配给进程（True:
有;False:
没有）.初始化为False
2.若Finish[i]=False&&Need<=Work,则执行3;否则执行4（I为资源类别）
3.进程P获得第i类资源,则顺利执行直至完成!
并释放资源:
Work=Work+Allocation;
Finish[i]=true;
转2
4. 若所有进程的Finish[i]=true,则表示系统安全;否则,不安全!
（2）生产者----消费者算法
A、创建生产者线程并向缓冲区中输入数据
B、判断缓冲区是否已满，如果没满，输入数据；如果满了，生产者等待，消费者取走数据
C、判断缓冲区是否为空。
如果为空输入数据；如果不为空，则消费者阻塞，生产者生产产品后被唤醒，创建消费者线程。
然后转至B
而当某个进程释放资源时，则他就是一个消费者。
在同一时刻只能有一个消费者或生产者使用缓冲区，用互斥信号量可以控制各个生产者和消费者之间的互斥，是的生产和消费的工作能够有序进行，而不至于发生死锁。
通过一个有界缓冲区（用数组来实现）把生产者和消费者联系起来。
假定生产者和消费者的优先级是相同的，只要缓冲区未满，生产者就可以生产产品并将产品放入缓冲区中。
类似的，只要缓冲区未空，消费者就可以从缓冲区中取走产品并消费他。
但是禁止生产者向满的的缓冲区中送入产品，消费者从空的缓冲区中取走产品用线程的互斥来实现。
代码
银行家算法：
#include
#definen5//进程个数
#definem3//资源种类
intAvailable[m]={2,3,3},Alloc[n+1][m]={0,0,0,2,1,2,4,0,2,3,0,5,2,0,4,3,1,4},Need[n+1][m]={0,0,0,3,4,7,1,3,4,0,0,3,2,2,1,1,1,0};
intAvailable1[m],Need1[n][m],Alloc1[n][m];
inth;
intsafede（）//安全状态判别算法
{
inti,j,work[m],finish[n],tag=n;
for（i=0;ifor（i=0;iwhile（tag--）
{
for（i=0;i{
if（finish[i]==0）
{
for（j=0;jif（j==m）
{
for（j=0;j{
work[j]=work[j]+Alloc1[h][j];
finish[j]=1;
}
}
}
}
}
for（i=0;iif（i==n）return1;
elsereturn0;
}
intmain（）
{
inti,j,request[m];
while
（1）
{
printf（"输入进程类型：
\nP="）;
scanf（"%d",&h）;
printf（"输入请求资源向量：
\n"）;
for（i=0;ifor（i=0;i{
Available1[i]=Available[i];
Alloc1[h][i]=Alloc[h][i];
Need1[h][i]=Need[h][i];
}
for（i=0;i{
if（!
（request[i]<=Need[h][i]））
{
printf（"非法请求!
!
!
\n"）;
break;
}
}
if（i==m）
{
for（i=0;i{
if（!
（request[i]<=Available[i]））
{
printf（"P%d阻塞!
!
!
\n",h）;
break;
}
}
}
if（i==m）
{
for（i=0;i{
Available1[i]=Available1[i]-request[i];
Alloc1[h][i]=Alloc1[h][i]+request[i];
Need1[h][i]=Need1[h][i]-request[i];
}
if（safede（）==0）printf（"资源分配后系统不是处于安全状态!
\n"）;//若新状态安全，则实际分配资源给Pi,否则取消试探性分配
else
{
printf（"资源分配成功!
\n"）;
for（i=0;i{
Available[i]=Available1[i];
Alloc[h][i]=Alloc1[h][i];
Need[h][i]=Need1[h][i];
}
}
}
printf（"可利用资源：
\n"）;
for（i=0;iprintf（"\n分配资源:
\n"）;
for（i=1;i<=n;i++）
{
for（j=0;jprintf（"%d",Alloc[i][j]）;
printf（"\n"）;
}
printf（"需求矩阵：
\n"）;
for（i=1;i<=n;i++）
{
for（j=0;jprintf（"%d",Need[i][j]）;
printf（"\n"）;
}
printf（"请求结束！
\n"）;
printf（"\n\n"）;
}
return0;
}
（2）生产者----消费者算法
#include
#include
#include
#include
#include
//定义一些常量；
//本程序允许的最大临界区数；
#defineMAX_BUFFER_NUM10//秒到毫秒的乘法因子；
#defineINTE_PER_SEC1000//本程序允许的生产和消费线程的总数；
#defineMAX_THREAD_NUM64//定义一个结构，记录在测试文件中指定的每一个线程的参数
structThreadInfo
{
intserial;//线程序列号
charentity;//是P还是C
doubledelay;//线程延迟
intthread_request[MAX_THREAD_NUM];//线程请求队列
intn_request;//请求个数
};/全局变量的定义
//临界区对象的声明,用于管理缓冲区的互斥访问；
CRITICAL_SECTIONPC_Critical[MAX_BUFFER_NUM];
intBuffer_Critical[MAX_BUFFER_NUM];//缓冲区声明，用于存放产品；
HANDLEh_Thread[MAX_THREAD_NUM];//用于存储每个线程句柄的数组；
ThreadInfoThread_Info[MAX_THREAD_NUM];//线程信息数组；
HANDLEempty_semaphore;//一个信号量；
HANDLEh_mutex;//一个互斥量；
DWORDn_Thread=0;//实际的线程的数目；
DWORDn_Buffer_or_Critical;//实际的缓冲区或者临界区的数目；
HANDLEh_Semaphore[MAX_THREAD_NUM];//生产者允许消费者开始消费的信号量；
//生产消费及辅助函数的声明
voidProduce（void*p）;
voidConsume（void*p）;
boolIfInOtherRequest（int）;
intFindProducePositon（）;
intFindBufferPosition（int）;
intmain（void）{//声明所需变量；
DWORDwait_for_all;
ifstreaminFile;//初始化缓冲区；
for（inti=0;iBuffer_Critical[i]=-1;//初始化每个线程的请求队列；
for（intj=0;jfor（intk=0;kThread_Info[j].thread_request[k]=-1;
Thread_Info[j].n_request=0;
}//初始化临界区；
for（i=0;iInitializeCriticalSection（&PC_Critical[i]）;
//打开输入文件，按照规定的格式提取线程等信息；
inFile.open（"test1.txt"）;//从文件中获得实际的缓冲区的数目；
inFile>>n_Buffer_or_Critical;
inFile.get（）;
printf（"输入文件是:
\n"）;//回显获得的缓冲区的数目信息；
printf（"%d\n",（int）n_Buffer_or_Critical）;//提取每个线程的信息到相应数据结构中；
while（inFile）{
inFile>>Thread_Info[n_Thread].serial;
inFile>>Thread_Info[n_Thread].entity;
inFile>>Thread_Info[n_Thread].delay;
charc;
inFile.get（c）;
while（c!
='\n'&&!
inFile.eof（））{
inFile>>Thread_Info[n_Thread].thread_request[Thread_Info[n_Thread].n_request++];
inFile.get（c）;
}
n_Thread++;
}//回显获得的线程信息，便于确认正确性；
for（j=0;j<（int）n_Thread;j++）{
intTemp_serial=Thread_Info[j].serial;
charTemp_entity=Thread_Info[j].entity;
doubleTemp_delay=Thread_Info[j].delay;
printf（"\nthread%2d%c%f",Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay）;
intTemp_request=Thread_Info[j].n_request;
for（intk=0;kprintf（"%d",Thread_Info[j].thread_request[k]）;
cout<}
printf（"\n\n"）;//创建在模拟过程中几个必要的信号量
empty_semaphore=CreateSemaphore（NULL,n_Buffer_or_Critical,n_Buffer_or_Critical,"semaphore_for_empty"）;
h_mutex=CreateMutex（NULL,FALSE,"mutex_for_update"）;
//下面这个循环用线程的ID号来为相应生产线程的产品读写时所
//使用的同步信号量命名；
for（j=0;j<（int）n_Thread;j++）{
std:
:
stringlp="semaphore_for_produce_";
inttemp=j;
while（temp）{
charc=（char）（temp%10）;
lp+=c;
temp/=10;
}
h_Semaphore[j+1]=CreateSemaphore（NULL,0,n_Thread,lp.c_str（））;
}//创建生产者和消费者线程；
for（i=0;i<（int）n_Thread;i++）{
if（Thread_Info[i].entity=='P'）
h_Thread[i]=CreateThread（NULL,0,（LPTHREAD_START_ROUTINE）（Produce）,
&（Thread_Info[i]）,0,NULL）;
elseh_Thread[i]=CreateThread（NULL,0,（LPTHREAD_START_ROUTINE）（Consume）,
&（Thread_Info[i]）,0,NULL）;
}//主程序等待各个线程的动作结束；
wait_for_all=WaitForMultipleObjects（n_Thread,h_Thread,TRUE,-1）;
printf（"\n\n全部生产者和消费者都已完成它们的工作.\n"）;
printf（"按任意键返回!
\n"）;
getch（）;
return0;
}//确认是否还有对同一产品的消费请求未执行；
boolIfInOtherRequest（intreq）
{
for（inti=0;ifor（intj=0;jif（Thread_Info[i].thread_request[j]==req）
returnTRUE;
returnFALSE;
}//找出当前可以进行产品生产的空缓冲区位置；
intFindProducePosition（）
{
intEmptyPosition;
for（inti=0;iif（Buffer_Critical[i]==-1）{
EmptyPosition=i;
//用下面这个特殊值表示本缓冲区正处于被写状态；
Buffer_Critical[i]=-2;
break;
}
returnEmptyPosition;
}
//找出当前所需生产者生产的产品的位置；
intFindBufferPosition（intProPos）
{
intTempPos;
for（inti=0;iif（Buffer_Critical[i]==ProPos）{
TempPos=i;
break;
}
returnTempPos;
}//生产者进程
voidProduce（void*p）
{
//局部变量声明；
DWORDwait_for_semaphore,wait_for_mutex,m_delay;
intm_serial;//获得本线程的信息；
m_serial=（（ThreadInfo*）（p））->serial;
m_delay=（DWORD）（（（ThreadInfo*）（p））->delay*INTE_PER_SEC）;
Sleep（m_delay）;//开始请求生产
printf（"生产者%2d发送生产请求信号.\n",m_serial）;
//确认有空缓冲区可供生产，同时将空位置数empty减1；用于生产者和消费者的同步；
wait_for_semaphore=WaitForSingleObject（empty_semaphore,-1）;
//互斥访问下一个可用于生产的空临界区，实现写写互斥；
wait_for_mutex=WaitForSingleObject（h_mutex,-1）;
intProducePos=FindProducePosition（）;
ReleaseMutex（h_mutex）;
//生产者在获得自己的空位置并做上标记后，以下的写操作在生产者之间可以并发执行；
//核心生产步骤中，程序将生产者的ID作为产品编号放入，方便消费者识别;
printf（"生产者%2d开始在缓冲区%2d生产产品.\n",m_serial,ProducePos）;
Buffer_Critical[ProducePos]=m_serial;
printf（"生产者%2d完成生产过程:
\n",m_serial）;
printf（"缓冲区[%2d]:
%3d\n",ProducePos,Buffer_Critical[ProducePos]）;
//使生产者写的缓冲区可以被多个消费者使用，实现读写同步；
ReleaseSemaphore（h_Semaphore[m_serial],n_Thread,NULL）;
}//消费者进程
voidConsume（void*p）
{//局部变量声明；
DWORDwait_for_semaphore,m_delay;
intm_serial,m_requestNum;//消费者线程的序列号和请求的数目；
intm_thread_request[MAX_THREAD_NUM];//本消费者线程的请求队列；
//提取本线程的信息到本地；
m_serial=（（ThreadInfo*）（p））->serial;
m_delay=（DWORD）（（（ThreadInfo*）（p））->delay*INTE_PER_SEC）;
m_requestNum=（（ThreadInfo*）（p））->n_request;
for（inti=0;im_thread_request[i]=（（ThreadInfo*）（p））->thread_request[i];
Sleep（m_delay）;//循环进行所需产品的消费
for（i=0;i//请求消费下一个产品
printf（"消费者%2d请求消费%2d产品\n",m_serial,m_thread_request[i]）;
//如果对应生产者没有生产，则等待；如果生产了,允许的消费者数目-1；实现了读写同步；
wait_for_semaphore=WaitForSingleObject（h_Semaphore[m_thread_request[i]],-1）;
//查询所需产品放到缓冲区的号
intBufferPos=FindBufferPosition（m_thread_request[i]）;
//开始进行具体缓冲区的消费处理，读和读在该缓冲区上仍然是互斥的；
//进入临界区后执行消费动作；并在完成此次请求后，通知另外的消费者本处请求已
//经满足；同时如果对应的产品使用完毕，就做相应处理；并给出相应动作的界面提
//示；该相应处理指将相应缓冲区清空，并增加代表空缓冲区的信号量；
EnterCriticalSection（&PC_Critical[BufferPos]）;
printf（"消费者%2d开始消费%2d产品\n",m_serial,m_thread_request[i]）;
（（ThreadInfo*）（p））->thread_request[i]=-1;
if（!
IfInOtherRequest（m_thread_request[i]））{
Buffer_Critical[BufferPos]=-1;//标记缓冲区为空；
printf（"消费者%2d成功消费%2d:
\n",m_serial,m_thread_request[i]）;
printf（"缓冲区[%2d]:
%3d\n",BufferPos,Buffer_Critical[BufferPos]）;
ReleaseSemaphore（empty_semaphore,1,NULL）;
}
else{
printf（"消费者%2d成功消费产品%2d\n",m_serial,m_thread_request[i]）;
}//离开临界区
LeaveCriticalSection（&PC_Cri
升级会员 