操作系统实验报告死锁的避免

操作系统实验报告-死锁的避免操作系统实验（二）死锁的避免1.实验内容使用C++实现模拟随机算法和银行家算法2.实验目的（1）了解死锁的产生原因（随机算法）（2）理解死锁的解决办法（银行家算法）3.实验题目使用随机算法和银行家算法设计程序4.程序流程图主要过程流程图银行家算法流程图安全性算法流程图5.程序代码和运行结果#include <stdio.h>#include<stdlib.h> typedef struct{int A;int B;int C;}RES;#define false 0#define true 1//系统中所有进程数量#define PNUMBER 3//最大需求矩阵RES Max[PNUMBER];//已分配资源数矩阵RES Allocation[PNUMBER];//需求矩阵RES Need[PNUMBER];//可用资源向量RES Available={0,0,0};//安全序列int safe[PNUMBER];void setConfig(){int i=0,j=0;printf("================开始手动配置资源==================\n");//可分配资源printf("输入可分配资源\n");scanf("%d%d%d",&Available.A,&Available.B,&Available.C);//最大需求矩阵MAXprintf("输入最大需求矩阵%dx%d\n",PNUMBER,PNUMBER );for (i=0;i<PNUMBER;i++){scanf("%d%d%d",&Max[i].A,&Max[i].B,&Max[i].C);}//已分配矩阵Allocprintf("输入已分配矩阵%dx%d\n",PNUMBER,PNUMBER);for (i=0;i<PNUMBER;i++){scanf("%d%d%d",&Allocation[i].A,&Allocation[i].B,&Allocation[i].C);}//需求矩阵printf("输入需求矩阵%dx%d\n",PNUMBER,PNUMBER);for (i=0;i<PNUMBER;i++){scanf("%d%d%d",&Need[i].A,&Need[i].B,&Need[i].C);}printf("================结束配置资源==================\n");}void loadConfig(){FILE *fp1;if ((fp1=fopen("config.txt","r"))==NULL){printf("没有发现配置文件,请手动输入\n");setConfig();}else{int i=0;printf("发现配置文件,开始导入..\n");//可分配资源fscanf(fp1,"%d%d%d",&Available.A,&Available.B,&Available.C);//最大需求矩阵MAXfor (i=0;i<PNUMBER;i++){fscanf(fp1,"%d%d%d",&Max[i].A,&Max[i].B,&Max[i].C);}//已分配矩阵Allocfor (i=0;i<PNUMBER;i++){fscanf(fp1,"%d%d%d",&Allocation[i].A,&Allocation[i].B,&Allocation[i].C);}//需求矩阵for (i=0;i<PNUMBER;i++){fscanf(fp1,"%d%d%d",&Need[i].A,&Need[i].B,&Need[i].C);}}}//试探分配void ProbeAlloc(int process,RES *res){Available.A -= res->A;Available.B -= res->B;Available.C -= res->C;Allocation[process].A += res->A;Allocation[process].B += res->B;Allocation[process].C += res->C;Need[process].A -= res->A;Need[process].B -= res->B;Need[process].C -= res->C;}//若试探分配后进入不安全状态，将分配回滚void RollBack(int process,RES *res){Available.A += res->A;Available.B += res->B;Available.C += res->C;Allocation[process].A -= res->A;Allocation[process].B -= res->B;Allocation[process].C -= res->C;Need[process].A += res->A;Need[process].B += res->B;Need[process].C += res->C;}//安全性检查bool SafeCheck(){RES Work;Work.A = Available.A;Work.B = Available.B;Work.C = Available.C;bool Finish[PNUMBER] = {false,false,false};int i;int j = 0;for (i = 0; i < PNUMBER; i++){//是否已检查过if(Finish[i] == false){//是否有足够的资源分配给该进程if(Need[i].A <= Work.A && Need[i].B <= Work.B && Need[i].C <= Work.C){//有则使其执行完成，并将已分配给该进程的资源全部回收Work.A += Allocation[i].A;Work.B += Allocation[i].B;Work.C += Allocation[i].C;Finish[i] = true;safe[j++] = i;i = -1; //重新进行遍历}}}//如果所有进程的Finish向量都为true则处于安全状态，否则为不安全状态for (i = 0; i < PNUMBER; i++){if (Finish[i] == false){return false;}}return true;}//资源分配请求bool request(int process,RES *res){//request向量需小于Need矩阵中对应的向量if(res->A <= Need[process].A && res->B <= Need[process].B && res->C <=Need[process].C){//request向量需小于Available向量if(res->A <= Available.A && res->B <= Available.B && res->C <= Available.C){//试探分配ProbeAlloc(process,res);//如果安全检查成立，则请求成功，否则将分配回滚并返回失败if(SafeCheck()){return true;}else{printf("安全性检查失败。

理解操作系统中的死锁预防和检测算法随着计算机技术的进步，操作系统在实际应用中扮演着重要的角色。

操作系统的核心功能之一是资源管理，在多个进程同时运行的情况下，资源的管理和调度问题成为了操作系统设计中的关键问题。

而其中一个常见的问题就是死锁。

死锁是指两个或者多个进程由于竞争系统资源而造成的一种互相等待的无限循环状态，导致系统无法运转。

在本文中，我们将深入探讨操作系统中的死锁问题，以及死锁的预防和检测算法。

一、死锁问题的定义死锁是指由于系统资源的竞争而导致的一种进程无法继续运行的状态。

其基本特征包括：互斥、占有和等待、不可抢占、循环等待。

互斥是指某个资源同时只能被一个进程占用，不可被其他进程占用。

占有和等待是指进程已经获得了一些资源，同时又因为需要而等待其他资源。

不可抢占是指资源申请者在未得到资源之前不能强行从持有者处夺走资源。

循环等待是指若干进程之间形成了一种循环等待的关系。

二、死锁预防算法死锁预防算法主要采取一些策略来预防系统陷入死锁状态。

常见的死锁预防算法包括资源分配图、银行家算法、资源独占法等。

资源分配图是一种图形化表示资源分配关系的方法，通过资源分配图可以很直观地判断系统是否会发生死锁。

而银行家算法是通过对系统资源进行动态分配和申请来以预防死锁，保证系统不会发生死锁。

资源独占法是对资源进行动态分配和管理，当资源请求不满足时，使得请求者释放已经占有的资源。

首先我们来看看资源分配图。

资源分配图是一个用于展示进程和资源之间关系的图形。

在资源分配图中，进程和资源可以分别用节点来表示，而资源分配关系可以用箭头连接两个节点来表示。

当出现环路的时候，就说明系统可能出现死锁。

而在资源分配图中，如果存在一个进程对资源进行循环等待的时候，就会出现死锁。

而在银行家算法中，系统需要对每个进程的资源请求进行审核，保证系统不会出现死锁。

资源独占法要求系统在分配资源的时候需要满足一定的条件，以避免进程出现死锁。

总的来看，死锁预防算法主要是通过对资源的合理分配和管理来规避进程出现死锁的可能性。

操作系统的死锁避免操作系统是计算机系统中负责管理和控制各种软硬件资源的核心组件。

在多任务环境下，操作系统需要合理地分配和管理资源，以确保系统的高效运行。

然而，由于资源的有限性和多任务并发执行的特点，死锁问题成为操作系统设计中需要解决的重要挑战之一。

一、死锁的定义和原因探究1. 死锁概述死锁是指多个进程在争夺系统资源时，由于彼此之间的资源相互独占和相互等待，导致程序无法继续执行的状态。

在死锁状态下，无论如何分配资源，都无法满足所有进程的资源需求。

因此，死锁会导致系统的停滞和资源的浪费。

2. 死锁的原因死锁产生的根本原因是进程的资源争夺和资源等待。

在多任务环境中，进程可能会同时请求多个资源，并且在等待某个资源满足条件时可能会主动释放已获取的资源。

然而，如果不加限制和控制，进程可能会陷入相互等待的死循环，导致死锁的发生。

二、死锁避免的方法和策略为了解决死锁问题，操作系统设计中采用了多种避免死锁的方法和策略。

下面介绍几种常见的死锁避免方法：1. 资源分配策略操作系统可以通过限制资源的分配数量、调整调度策略以及实施优先级控制等方式，来避免死锁的发生。

例如，可以采用银行家算法来预测进程的资源需求，只有在分配资源后仍然能够满足所有进程的需求时才进行分配。

2. 进程资源申请策略操作系统可以要求进程一次性申请所有资源，充分利用资源的可重用性，并在资源不足时进行等待，以避免死锁。

这种策略可以有效减少进程的等待时间，提高系统的吞吐量。

3. 死锁检测与恢复策略操作系统设计中的死锁检测和恢复策略可以帮助系统及时发现死锁的存在，并采取相应措施进行恢复。

一种常见的策略是使用资源分配图来进行死锁检测，如果存在环路则表示死锁的发生，操作系统可以通过抢占资源或终止进程等方式解除死锁。

4. 死锁预防策略操作系统可以通过改变资源分配的策略和限制条件，从根本上预防死锁的发生。

例如，可以引入资源剥夺策略，即在进程使用资源时，如果该资源被其他进程请求，则操作系统可以强制剥夺该资源并分配给其他请求进程。

实验五 死锁避免的算法【实验目的】1、 了解死锁避免的原理。

2、 研究银行家算法的实现方法。

【实验内容】编程实现银行家算法。

【实验报告】1、 列出调试通过程序的清单，并附上文档说明。

2、 总结上机调试过程中所遇到的问题和解决方法及感想。

【实验相关资料】一、死锁概念多个并发进程,每个进程占有部分资源,又都等待其它进程释放所占资源,造成均不能向前推进的现象。

二、死锁的避免死锁避免原理就是使系统始终处于安全状态。

安全状态：所谓安全状态是指能够找到一个安全序列，系统能够按照这个安全序列依次为进程分配资源，使所有进程都能执行完毕，如果找不到这样的安全序列，系统就处于不安全状态。

三、银行家算法银行家算法要求每个进程的最大资源需求，其基本思想是：始终保持系统处于安全状态，当进程提出资源请求时，系统先进行预分配，再判断系统分配后是否仍然处于安全状态。

如果仍然处于安全状态，就进行实际分配；如果处于不安全状态，则拒绝该进程的资源请求。

四、银行家算法相关数据结构1． 最大需求矩阵：d (t)=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅⋅⋅nm n n m m d d d d d d d d d .........212222111211 其中，行表示进程，列表示资源，如：d ij =5表示第 i 个进程最多需要j 类资源5个。

2． 资源分配矩阵：a(t)=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅⋅⋅nm n n m m a a a a a a a a a .........212222111211 元素a ij =8表示分配给第 i 进程8个j 类资源。

3． 需求矩阵：b(t)=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅⋅⋅nm n n m m b b b b b b b b b .........212222111211 元素b ij =3表示第i 类进程还需要3个j 类资源。

最大需求矩阵=分配矩阵+需求矩阵，即d(t)=a(t)+b(t)。

“死锁避免”实验报告实验思路：先定义进程控制块的数据结构pcb，确定进程并发数目SIZE，在初始化进程时，保证各进程最大资源申请量不大于系统的资源总量，如果大于，则重新输入。

初始化完成之后，选择相应的死锁避免的算法，或随机分配算法，或银行家算法。

随机分配方法：运用取余的方法，轮询各个进程，选择处于就绪状态的进程之一，然后输入该进程的当前资源申请量apply，判断该申请量是否大于系统当前资源剩余量，若大于，将就绪进程状态设置为阻塞态，然后查找就绪队列中是否还有就绪进程，若有，则选择一个就绪进程，继续执行，若没有就绪进程，则表示发生死锁。

若不大于，则给满足该进程的申请量，并将其自愿申请量的变量设为0。

接着再进行判断该进程是否得到全部所需资源，若没有，则选择就绪队列中一个就绪进程，若全部得到，归还该进程所占有的全部资源给系统，并将该进程设置为完成态。

此时，再进行检查有无等待态的进程，若没有，则选择就绪队列中一个就绪进程，若有，则顺序检查等待进程，判断系统现有资源能满足某一等待进程，若能，则将该等待进程状态设置为就绪态，若没有，查找就绪队列中是否还有就绪进程，若有，则选择一个就绪进程，继续执行，若没有就绪进程，则表示发生死锁。

银行家算法：运用取余的方法，轮询各个进程，选择处于就绪状态的进程之一，然后输入该进程的当前资源申请量apply，判断该申请量是否大于系统当前资源剩余量，若大于，将就绪进程状态设置为阻塞态，然后查找就绪队列中是否还有就绪进程，若有，则选择一个就绪进程，继续执行，若没有就绪进程，则表示发生死锁。

若不大于，则假定满足该进程的申请量，并将其资源申请量的变量设为0，表示系统资源的变量减少相应的该进程的资源申请量，然后系统资源暂时用一个变量current保存起来。

将分配后系统剩余的资源数量与各进程的剩余需求量比较寻找一个系统能满足其需求的进程，每找一次，都要计数，用num变量，若找到，在标记数组a[SIZE]中进行相应标记，同时没找到一个都要进行一次对标记数组的循环测试，若测试到所有项都进行了标记，则退出循环，说明此次分配是安全的，若找不到，测试num的值，（对于确定数目的并发进程，其最大分配安全的循环次数<=SIZE!）。

避免死锁的方法是
以下是几种避免死锁的方法：
1. 避免循环等待：确保所有的资源请求都是按照固定的顺序进行，并尽量避免多个资源的循环依赖。

2. 资源有序分配：给每个资源定义一个编号，并且确保所有的进程只按照递增的顺序申请资源，释放资源则按照递减的顺序进行，这样可以避免资源争夺过程中的死锁。

3. 资源剥夺：当一个进程申请资源时，如果无法满足其需求，可以撤销该进程已经获得的资源，以满足其他进程的需求。

4. 资源预先分配：在系统运行之前，预先分配资源给每个进程，避免在运行过程中动态申请资源，从而减少死锁的可能性。

5. 资源激励：通过引入资源激励机制，鼓励进程主动释放已经获得的资源，以便其他进程能够更快地获得资源，从而降低死锁的概率。

6. 死锁检测与恢复：定期检测系统中是否存在死锁情况，一旦检测到死锁，采取相应的恢复措施，如撤销进程或者回滚操作。

7. 死锁避免：根据进程对资源的申请情况和系统资源的可用情况，动态地预测和避免可能发生的死锁情况。

以上方法可以有效地避免死锁的发生，但每种方法都有其适用条件和局限性，需要根据具体的场景和需求选择合适的方法来预防和处理死锁问题。

操作系统中的死锁与死锁预防技术死锁（Deadlock）是操作系统中一个非常重要的概念，指的是当多个进程互相等待对方释放资源时，导致所有进程都无法继续执行的情况。

死锁问题在计算机系统中非常常见，如果不加以有效的处理，会严重影响系统的性能和稳定性。

因此，如何预防和处理死锁问题成为操作系统设计中的重要内容之一。

本文将介绍操作系统中的死锁问题，并重点讨论死锁的预防技术。

首先，本文将对死锁问题进行定义和介绍，然后介绍死锁发生的条件和类型。

接着，本文将重点讨论死锁预防技术，包括资源分配图、银行家算法、超时和抢占等方法。

最后，本文将介绍一些实际操作系统中的死锁预防技术，并对其进行比较和分析。

#死锁概述死锁是指在多个进程之间发生的一种特殊情况，每个进程都在等待其他进程释放资源，导致所有进程都无法继续执行。

死锁是一个非常严重的问题，因为它会导致系统资源浪费，降低系统的性能和稳定性。

因此，死锁问题的解决对于系统设计和性能优化非常重要。

#死锁发生条件死锁发生需要满足以下四个必要条件：1.互斥条件（Mutual exclusion）：每个资源只能被一个进程占用，其他进程必须等待该资源释放。

2.占有和等待条件（Hold and wait）：进程在申请其他资源时，可以不释放已经占有的资源。

3.不可抢占条件（No preemption）：系统不能强制抢占进程已经占有的资源。

4.循环等待条件（Circular wait）：存在一个进程等待队列，队列中的每个进程都在等待下一个进程所占有的资源。

只要这四个条件同时满足，死锁就有可能发生。

#死锁的类型根据资源的不同特点，死锁可以分为两种类型：资源死锁和进程死锁。

资源死锁是指多个进程竞争有限的资源导致的死锁，如内存、文件等资源。

资源死锁通常发生在多个进程同时申请资源的情况下，由于资源有限，导致多个进程同时等待对方释放资源而无法继续执行。

进程死锁是指多个进程之间的互相等待导致的死锁，如进程间通信、同步等操作。

一、实验目的本次实验旨在通过模拟操作系统的资源分配和请求过程，深入理解死锁的概念、产生死锁的必要条件以及如何通过银行家算法来避免死锁的发生。

通过实验，学生能够掌握以下知识点：1. 死锁的概念及产生条件；2. 银行家算法的基本原理和实现方法；3. 资源分配和请求过程中的安全性检查；4. 通过银行家算法避免死锁的发生。

二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：C++3. 开发工具：Visual Studio 20194. 实验环境：一台配置较高的计算机三、实验原理1. 死锁的概念死锁是指多个进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，这些进程都将无法继续执行。

2. 产生死锁的必要条件产生死锁的必要条件有四个，分别为：（1）互斥条件：资源不能被多个进程同时使用；（2）持有和等待条件：进程已获得至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其他进程占有，此时该进程会等待；（3）非抢占条件：已分配给进程的资源，在进程完成之前，不能被抢占；（4）循环等待条件：存在一种进程资源的循环等待链，即进程P1等待P2占有的资源，P2等待P3占有的资源，以此类推，最后Pn等待P1占有的资源。

3. 银行家算法银行家算法是一种避免死锁的算法，通过以下步骤实现：（1）初始化系统资源、进程最大需求、已分配资源等数据结构；（2）当进程请求资源时，判断是否满足以下条件：a. 当前可用资源数量大于等于进程请求的资源数量；b. 根据当前资源分配情况，系统处于安全状态；若满足以上条件，则分配资源；否则，进程等待。

（3）当进程释放资源时，更新可用资源数量和分配资源情况。

四、实验内容1. 设计系统资源、进程最大需求、已分配资源等数据结构；2. 实现银行家算法，包括资源分配、安全性检查等功能；3. 模拟进程请求资源和释放资源的过程，观察系统状态变化；4. 分析实验结果，验证银行家算法是否能够避免死锁的发生。

死锁的预防与避免一．死锁操作系统中的死锁被定义为系统中两个或者多个进程无限期地等待永远不会发生的条件，系统处于停滞状态，这就是死锁。

产生死锁的原因主要是：1.系统资源不足，2.进程运行推进的顺序不合适，3.资源分配不当如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足，死锁出现的可能性就很低，否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁。

其次，进程运行推进顺序与速度不同，也可能产生死锁。

产生死锁的四个必要条件：1）互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。

（2）请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。

（3）不剥夺条件:进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。

（4）环路等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

这四个条件是死锁的必要条件，只要系统发生死锁，这些条件必然成立，而只要上述条件之一不满足，就不会发生死锁。

二．预防死锁：该方法是通过设置某些限制条件，去破坏产生死锁的四个必要条件的一个或多个条件，来预防发生死锁。

易实现，被广泛使用，但由于所施加的限制条件往往太严格，因而可能导致系统资源利用率和吞吐量降低。

三．避免死锁避免死锁是在资源的动态分配过程中，用某种方法去防止系统进入不安全状态，从而避免死锁，而不需事先采取各种限制措施去破坏产生死锁的四个必要条件。

这种方法施加的限制条件较弱，但在实现上有一定的难度。

四．区别死锁避免和死锁预防的区别在于,死锁预防是设法至少破坏产生死锁的四个必要条件之一,严格的防止死锁的出现,而死锁避免则不那么严格的限制产生死锁的必要条件的存在,因为即使死锁的必要条件存在,也不一定发生死锁.死锁避免是在系统运行过程中注意避免死锁的最终发生.。