银行家死锁避免算法模拟.docx

1、银行家死锁避免算法模拟银行家死锁避免算法模拟1.课程设计目的通过本次实验掌握银行家死锁避免算法的基本思想。当进程提出资源申请时，能够用 该算法判断是否拒绝进程请求。2.课程设计摘要银行家算法: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当于银行家管理的 资金，进程向操作系统请求分配资源相当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配资源，当进程首次申请资源时，要测试该进程对 资源的最大需求量，如果系统现存的资源可以满足它的最大需求量则按当前的 申请量分配资源，否则就推迟分配。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

2、对资源的最 大需求量。若超过则拒绝分配资源，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配资源，否则也 要推迟分配。4.课程设计原理分析在多道程序系统中，虽可借助于多个进程的并发执行，来改善系统的资源 利用率，提高系统的吞吐量，但可能发生一种危险一一死锁。所谓死锁，是指 多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵局状 态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。为保证系统中诸进程的正常 运行，应事先采取必要的措施，来预防死锁。最有代表性的避免死锁的方法， 是Dijkstra的银行家算法。死锁：死锁的产生，必须同时满足四个条件

3、，第一个为互斥条件，即一个资源每 次只能由一个进程占用；第二个为请求和保持条件，指进程已经保持了至少一 个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源又被其他进程占有，此时请求进 程阻塞，但又对自己已获得的其他资源保持不放；第三个为非剥夺条件，即在 出现死锁的系统中一定有不可剥夺使用的资源；第四个为循环等待条件，系统 中存在若干个循环等待的进程，即其中每一个进程分别等待它前一个进程所持 有的资源。防止死锁的机构只能确保上述四个条件之一不出现，则系统就不会 发生死锁。银行家算法原理:银行家算法是避免死锁的一种重要方法，通过编写一个简单的银行家算法 程序，加深了解有关资源申请、避免死锁等概念，并体会和了

4、解死锁和避免死 锁的具体实施方法。通过这个算法可以用来解决生活中的实际问题，如银行贷 款等。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，为了防止银行家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配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。如果资源分配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。把一个进程需要和已 占有资源的情况记录在进程控制中，假定进程控制块 PCB其中“状态”有就绪态、等待态和完成态。

5、当进程在处于等待态时，表示系统不能满足该进程当前 的资源申请。“资源需求总量”表示进程在整个执行过程中总共要申请的资源 量。显然，每个进程的资源需求总量不能超过系统拥有的资源总数 ，银行算法进行资源分配可以避免死锁算法思想：将一定数量的资金供多个用户周转使用， 当用户对资金的最大申请量不超过 现存资金时可接纳一个新客户，客户可以分期借款，但借款总数不能超过最大 的申请量。银行家对客户的借款可以推迟支付，但是能够使客户在有限的时间 内得到借款，客户得到所有的借款后能在有限的时间内归还。用银行家算法分配资源时，测试进程对资源的最大需求量，若现存资源能满足 最大需求就满足当前进程的申请，否则推迟分配

6、，这样能够保证至少有一个进 程可以得到所需的全部资源而执行到结束， 然后归还资源，若OS能保证所有进 程在有限的时间内得到所需资源则称系统处于安全状态。5.算法实现1.程序流程图:系统必须做若是，2.算法描述：银行家算法的设计思想是：当用户申请一组资源时，出判断；如果把这些资源分出去，系统是否还处于安全装他就可以分出这些资源；否则，该申请暂不能满足。3.数据结构描述：（n表示系统中进程的数目，m表示资源的分类数。）3.1.Available 是一个长度为m的向量，它表示每类资源可用的数量。Available j=k ，表示rj类资源可用的数量为k。3.2.Max是一个nxm矩阵，它表示每个进程

7、对资源的最大需求。 Maxi , j=k，表示进程pi至多可以申请k个rj类资源单位。3.3.Allocation 是一个nx m矩阵，它表示当前分给每个进程的资源数目。Allocation i , j=k，表示进程pi当前分到k个rj类资源。34 Need是一个nx m矩阵，它表示每个进程还缺少多少资源。Needi , j=k ,表示进程pi尚需k个rj类资源才能完成其任务。显然 Needi , j= Max i , j- Allocation i , j。这些数据结构的大小和数值随时间推移而改变。4.系统所执行的安全性算法描述如下:4.1.设置2个向量：工作向量 Work:它表示系统可提供

8、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 。Finishi:它表示系统是否有足够的资源分配给进程，使之完成运 行。开始时先做Finishi=true 。42从进程集合中找到一个满足下述条件的进程：Finishi=flase ; Needi,j Workj;若找到，则执行步骤3,否则，执行步骤4。43当进程pi获得资源后，可顺利执行，直至完成，并释放分配给 它的资源。4.4.如果所有进程的Finishi=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。6.程序源代码#in clude #in clude #i

9、 nclude using n amespace std; #defi ne False 0#defi ne True 1各进程所需各类资源的最大需求 系统可用资源资源的名称int Allocatio n 100100=0;int M=100; 作业的最大数为 100int N=100; 资源的最大数为 100void showdata() 显示资源矩阵int i,j;cout 系统目前可用的资源 Avaliable:e ndl; for(i=0;iN;i+)cout n ameicoute ndl;for (j=O；jN;j+) coutAvaliablej ”; 输出分配资源coute n

10、dl;cout Max Allocation Neede ndl;cout 进程名 ;for(j=0;j3;j+) for(i=0;iN;i+) cout n amei;cout;coute ndl;for(i=0;iM;i+)cout i ;for(j=0;jN;j+)coutMaxij;cout;for(j=0;jN;j+)coutAllocationij;cout;for(j=0;jN;j+)coutNeedij;coute ndl;int cha ngdata(i nt i)/ 进行资源分配int j;for (j=0;jM;j+) Avaliablej=Avaliablej-Requ

11、estj;Allocatio n ij=Allocatio n ij+Requestj;Needij=Needij-Requestj;return 1;int safe()/ 安全性算法int i,k=O,m,apply,Fi nish100=0;int j;int flag=0;Work0=Avaliable0;Work1=Avaliable1;Work2=Avaliable2;for(i=0;iM;i+)apply=O;for(j=0;jN;j+)if (Fi ni shi=False&Needij=Workj)apply+;if(apply=N)for(m=0;mN;m+)Workm=W

12、orkm+Allocatio nim; 变分配数Fini shi=True;tempk=i;i=-1;k+;flag+;for(i=0;iM;i+)if(Fi ni shi=False)cout 系统不安全endl; 不成功系统不安全return -1;cout 系统是安全的!endl; 如果安全，输出成功cout 分配的序列：；for(i=0;iM;i+) 输出运行进程数组couttempi;if(iM-1) cout;coute ndl;return 0;void share() 利用银行家算法对申请资源对进行判定char ch;int i=0,j=0;ch=y;cout请输入要求分配的资

13、源进程号 (0-M-1i; 输入须申请的资源号cout请输入进程i 申请的资源:endl;for(j=0;jN;j+)cout n amej Requestj; 输入需要申请的资源for (j=O；jNeedij) 判断申请是否大于需求，若大于则出错cout 进程i申请的资源大于它需要的资源 ;cout 分配不合理，不予分配！ Avaliablej) 判断申请是否大于当前资源, / 出错cout 进程i申请的资源大于系统现在可利用的资源 ;cout 分配出错，不予分配 !e ndl;ch= n;break;if(ch=y) cha ngdata(i);/ 根据进程需求量变换资源showdata

14、(); 根据进程需求量显示变换后的资源safe();/ 根据进程需求量进行银行家算法判断void addresources()/ 添加资源int n, flag;cout请输入需要添加资源种类的数量 :;cinn;flag=N;N=N+n;for(int i=0;in;i+)cout名称:;cinn ameflag;cout Avaliableflag+;showdata();safe();void cha ngeresources() 修改资源函数cout系统目前可用的资源 Avaliable:endl;for(int i=0;iN;i+)cout n amei:Avaliableie nd

15、l;cout输入系统可用资源Avaliable:Avaliable0Avaliable1Avaliable2; cout经修改后的系统可用资源为 endl;for (int k=0;kN;k+)cout n amek:Avaliableke ndl; showdata();safe();void delresources() 删除资源char ming;int i,flag=1;cout请输入需要删除的资源名称： ;docinming;for(i=0;iN;i+)if(mi ng=n amei)flag=0;break;if(i=N)cout 该资源名称不存在，请重新输入： ;while(fl

16、ag);for(i nt j=i ;jN-1;j+)n amej=n amej+1;Avaliablej=Avaliablej+1;N=N-1;showdata();safe();void addprocess() 添加作业int flag=M;M=M+1;cout请输入该作业的最大需求量 Maxendl;for(int i=0;iN;i+)cout n amei Maxflagi;Needflagi=Maxflagi-Allocati on flagi;showdata();safe();int mai n() 主函数int i,j,number,choice,m,n,flag;char m

17、ing;cout* 资源管理系统的设计与实现cout请首先输入系统可供资源种类的数量 ：；cinn;N=n;for(i=0;i n; i+)cout 资源i+1的名称:;cinming;n amei=ming;cout 资源的数量cinnu mber;Avaliablei=nu mber;coute ndl;cout请输入作业的数量:;cinm;M=m;cout请输入各进程的最大需求量 (m*矩阵)Max:endl;for(i=0;im;i+)for(j=0;j Maxij;doflag=0;cout 请输入各进程已经申请的资源量 (m*n矩阵)Allocatio n:e ndl;for(i=

18、0;im;i+)for(j=0;j Allocatio nij;if(Allocati on ijMaxij)flag=1;Needij=Maxij-Allocati on ij;if(flag)cout 申请的资源大于最大需求量，请重新输入 !n;while(flag);showdata(); 显示各种资源safe(); 用银行家算法判定系统是否安全while(choice)case 1: addresources();break;case 2: delresources();break;case 3: cha ngeresources();break;case 4: share();bre

19、ak;case 5: addprocess();break;case 0: choice=0;break;default: cout 请正确选择功能号(0-5)!e ndl;break;return 1;调试及运行结果:检测结果如下:1假设系统只有一种资源a,剩余数量为2,分配情况如下:进程需求总量已占资源还需数量0844142229272假设系统只有一种资源a,剩余数量为2,分配情况如下:进程需求总量已占资源还需数量083514222945注：“系统不安全”表示此种情况是银行家算法也解不了的死锁3假设系统有2种资源a,b,a的剩余数量为4, b的剩余数量为3,分配情况如下：需求总量已占资源还需数量进程ababab0872265199217825624327.实验总结通过本次试验，加深了自己对于死锁问题和银行家算法的理解。对于银行家算法的思想有了更加深刻的认识， 并且意识到银行家算法并不是能避免所有的死锁，可以称这种情况为潜在的死锁。