操作系统课程设计.docx

1、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；

2、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Available2.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=Availabl

3、e(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False2.若Finishi=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;Finishi=true;转24. 若所有进程的Finishi=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

4、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

5、程的互斥来实现。代码银行家算法：#include #define n 5 /进程个数#define m 3 /资源种类int Availablem=2,3,3,Allocn+1m=0,0,0,2,1,2,4,0,2,3,0,5,2,0,4,3,1,4,Needn+1m=0,0,0,3,4,7,1,3,4,0,0,3,2,2,1,1,1,0;int Available1m,Need1nm,Alloc1nm;int h;int safede() /安全状态判别算法 int i,j,workm,finishn,tag=n; for(i=0;im;i+)worki=Available1i; for(i

6、=0;in;i+)finishi=0; while(tag-) for(i=0;in;i+) if(finishi=0) for(j=0;jm;j+)if(Need1hj=workj)continue; if(j=m) for(j=0;jm;j+) workj=workj+Alloc1hj; finishj=1; for(i=0;in;i+)if(finishi=1)continue; if(i=n)return 1; else return 0;int main() int i,j,requestm; while(1) printf(输入进程类型：nP = ); scanf(%d,&h);

7、printf(输入请求资源向量：n); for(i=0;im;i+)scanf(%d,&requesti); for(i=0;im;i+) Available1i=Availablei; Alloc1hi=Allochi; Need1hi=Needhi; for(i=0;im;i+) if (!(requesti=Needhi) printf(非法请求!n); break; if(i=m) for(i=0;im;i+) if (!(requesti=Availablei) printf(P%d阻塞!n,h); break; if(i=m) for(i=0;im;i+) /试探性分配 Avail

8、able1i=Available1i - requesti; Alloc1hi=Alloc1hi+requesti; Need1hi=Need1hi-requesti; 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;im;i+) Availablei=Available1i; Allochi=Alloc1hi; Needhi=Need1hi; printf(可利用资源：n); for(i=0;im;i+)printf(%d ,Availa

9、blei); printf(n分配资源:n); for(i=1;i=n;i+) for(j=0;jm;j+) printf(%d ,Allocij); printf(n); printf(需求矩阵：n); for(i=1;i=n;i+) for(j=0;jm;j+) printf(%d ,Needij); printf(n); printf(请求结束！n); printf(nn); return 0;（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； #define MAX_BUFFE

10、R_NUM 10 /秒到毫秒的乘法因子； #define INTE_PER_SEC 1000 /本程序允许的生产和消费线程的总数； #define MAX_THREAD_NUM 64 /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 struct ThreadInfo int serial; /线程序列号 char entity; /是P还是C double delay; /线程延迟 int thread_requestMAX_THREAD_NUM; /线程请求队列 int n_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； CRITI

11、CAL_SECTION PC_CriticalMAX_BUFFER_NUM; int Buffer_CriticalMAX_BUFFER_NUM; /缓冲区声明，用于存放产品； HANDLE h_ThreadMAX_THREAD_NUM; /用于存储每个线程句柄的数组； ThreadInfo Thread_InfoMAX_THREAD_NUM; /线程信息数组； HANDLE empty_semaphore; /一个信号量； HANDLE h_mutex; /一个互斥量； DWORD n_Thread = 0; /实际的线程的数目； DWORD n_Buffer_or_Critical; /实

12、际的缓冲区或者临界区的数目； HANDLE h_SemaphoreMAX_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 void Produce(void *p); void Consume(void *p); bool IfInOtherRequest(int); int FindProducePositon(); int FindBufferPosition(int); int main(void) /声明所需变量； DWORD wait_for_all; ifstream inFile; /初始化缓冲区； for(int i=0;i MAX_B

13、UFFER_NUM;i+) Buffer_Criticali = -1; /初始化每个线程的请求队列；for(int j=0;jMAX_THREAD_NUM;j+) for(int k=0;kMAX_THREAD_NUM;k+) Thread_Infoj.thread_requestk = -1; Thread_Infoj.n_request = 0; /初始化临界区； for(i =0;i 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_Cri

14、tical); /提取每个线程的信息到相应数据结构中； while(inFile) inFile Thread_Infon_Thread.serial; inFile Thread_Infon_Thread.entity; inFile Thread_Infon_Thread.delay; char c; inFile.get(c); while(c!=n& !inFile.eof() inFile Thread_Infon_Thread.thread_requestThread_Infon_Thread.n_request+; inFile.get(c); n_Thread+; /回显获得的

15、线程信息，便于确认正确性； for(j=0;j(int) n_Thread;j+) int Temp_serial = Thread_Infoj.serial; char Temp_entity = Thread_Infoj.entity; double Temp_delay = Thread_Infoj.delay; printf( n thread%2d %c %f ,Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay); int Temp_request = Thread_Infoj.n_request; for(int k=0;kTemp_request;k+) pr

16、intf( %d , Thread_Infoj.thread_requestk); coutendl; printf(nn); /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

17、;j+) std:string lp =semaphore_for_produce_; int temp =j; while(temp) char c = (char)(temp%10); lp+=c; temp/=10; h_Semaphorej+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_Infoi.entity =P) h_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Pro

18、duce), &(Thread_Infoi),0,NULL); else h_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consume), &(Thread_Infoi),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(); return 0; /确认是否还有对同一产品的消费请求未

19、执行； bool IfInOtherRequest(int req) for(int i=0;in_Thread;i+) for(int j=0;jThread_Infoi.n_request;j+) if(Thread_Infoi.thread_requestj = req) return TRUE; return FALSE; /找出当前可以进行产品生产的空缓冲区位置； int FindProducePosition() int EmptyPosition; for (int i =0;in_Buffer_or_Critical;i+) if(Buffer_Criticali = -1)

20、EmptyPosition = i; /用下面这个特殊值表示本缓冲区正处于被写状态； Buffer_Criticali = -2; break; return EmptyPosition; /找出当前所需生产者生产的产品的位置； int FindBufferPosition(int ProPos) int TempPos; for (int i =0 ;iserial; 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_seria

21、l); /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); int ProducePos = 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

22、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_CriticalProducePos = 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_CriticalProducePos); /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_Semaphorem_serial,n_Thread,NULL); /

23、消费者进程void Consume(void * p) /局部变量声明； DWORD wait_for_semaphore,m_delay; int m_serial,m_requestNum; /消费者线程的序列号和请求的数目； int m_thread_requestMAX_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 *)

24、(p)-n_request; for (int i = 0;ithread_requesti; Sleep(m_delay); /循环进行所需产品的消费 for(i =0;ithread_requesti =-1; if(!IfInOtherRequest(m_thread_requesti) Buffer_CriticalBufferPos = -1;/标记缓冲区为空； printf(消费者 %2d 成功消费 %2d:n ,m_serial,m_thread_requesti); printf( 缓冲区 %2d :%3d n ,BufferPos,Buffer_CriticalBufferPos); ReleaseSemaphore(empty_semaphore,1,NULL); else printf(消费者 %2d 成功消费产品 %2dn ,m_serial,m_thread_requesti); /离开临界区 LeaveCriticalSection(&PC_Cri