银行家算法(用C语言实现)课程设计报告
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昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告(2010 —2011 学年第二学期)课程名称:操作系统开课实验室:计算中心444 2011 年 4 月28 日一、实验目的通过编写银行家算法,要求学生进一步掌握如何实现死锁的避免,进一步熟练使用数组进行程序的设计及实现。
二、实验原理及基本技术路线图(方框原理图)用C语言或C++语言开发。
实现银行家算法、安全性检测算法。
银行家算法就是对每一个请求进行检查,检查如果满足它是否会导致不安全状态。
若是,则不满足该请求;否则便满足。
利用银行家算法,我们可以来检测CPU为进程分配资源的情况,决定CPU是否响应某进程的的请求并为其分配资源,从而很好避免了死锁的产生。
算法的思路:先对用户提出的请求进行合法性检查,即检查请求是否大于需要的,是否大于可利用的。
若请求合法,则进行预分配,对分配后的状态调用安全性算法进行检查。
若安全,则分配;若不安全,则拒绝申请,恢复到原来的状态,拒绝申请。
银行家算法的步骤:(1)如果Request<or =Need,则转向步骤(2);否则,认为出错,因为它所需要的资源数已超过它所宣布的最大值。
(2)如果Request<or=Available,则转向步骤(3);否则,表示系统中尚无足够的资源,进程必须等待。
(3)系统试探把要求的资源分配给进程Pi,并修改下面数据结构中的数值:Available=Available-Request[i];Allocation=Allocation+Request;Need=Need-Request;(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。
安全性检测算法:(1)设置两个向量①工作向量Work。
它表示系统可提供进程继续运行所需要的各类资源数目,执行安全算法开始时,Work=Allocation;②标志向量Finish。
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]=0,当有足够资源分配给进程时,令Finish[i]=1。
银行家算法一.需求分析1. 在多道程序系统中,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——死锁。
所谓死锁(Deadlock),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(DeadlyEmbrace),当进程处于这种状态时,若无外力作用,他们都无法在向前推进。
要预防死锁,有摒弃“请求和保持”条件,摒弃“不剥夺”条件,摒弃“环路等待”条件等方法。
但是,在预防死锁的几种方法之中,都施加了较强的限制条件;而在避免死锁的方法中,所施加的限制条件较弱,有可能获得令人满意的系统性能。
在该方法中把系统状态分为安全状态和不安全状态,便可避免死锁的发生。
而最具代表性的避免死锁的算法,便是Dijkstra的银行家算法。
利用银行家算法,我们可以来检测CPU为进程分配资源的情况,决定CPU是否响应某进程的的请求并为其分配资源,从而很好避免了死锁的产生。
2. 银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。
要解释银行家算法,必须先解释操作系统安全状态和不安全状态。
安全状态:如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1,…,Pn,则系统处于安全状态。
安全状态一定是没有死锁发生。
不安全状态:不存在一个安全序列。
不安全状态不一定导致死锁。
那么什么是安全序列呢?安全序列:一个进程序列{P1,…,Pn}是安全的,如果对于每一个进程Pi(1≤i≤n),它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj (j < i )当前占有资源量之和。
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对资源的最大需求量。
《计算机操作系统》课程设计题目:Linux下C编程实现银行家算法专业:软件工程年级:小组成员:指导教师:时间:地点:2014年12 月摘要Dijkstra(艾兹格·迪科斯彻) 的银行家算法是最有代表性的避免死锁的算法,该算法由于能用于银行系统现金贷款的发放而得名。
银行家算法是在确保当前系统安全的前提下推进的。
对进程请求先进行安全性检查,来决定资源分配与否,从而确保系统的安全,有效的避免了死锁的发生。
该论文在理解和分析了银行家算法的核心思想以及状态的本质涵义的前提下,对算法的实现在总体上进行了设计,包括在对算法分模块设计,并对各个模块的算法思想通过流程图表示,分块编写代码,并进行测试,最后进行程序的测试,在设计思路上严格按照软件工程的思想执行,确保了设计和实现的可行,可信。
代码实现采用C语言。
目录目录1.概述 (4)2.课程设计任务及要求 (4)2.1 设计任务 (4)2.2设计要求 (5)3.算法及数据结构 (5)3.1算法的总体思想 (5)3.2 安全算法模块 (6)3.2.3 算法(流程图表示,或伪C表示) (7)4. 程序设计与实现 (9)4.1程序流程图 (9)4.2程序代码(部分代码) (9)4.3实验结果 (11)5 结论 (13)6 收获、体会和建议。
(14)7 参考文献。
(14)1.概述银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。
在避免死锁方法中允许进程动态地申请资源,但系统在进行资源分配之前,应先计算此次分配资源的安全性,若分配不会导致系统进入不安全状态,则分配,否则等待。
为实现银行家算法,系统必须设置若干数据结构。
要解释银行家算法,必须先解释操作系统安全状态和不安全状态。
安全序列是指一个进程序列{P1,…,Pn}是安全的,即对于每一个进程Pi(1≤i≤n),它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj (j < i )当前占有资源量之和。
安全状态如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1,…,Pn,则系统处于安全状态。
C语言实验报告范例
实验题目:C语言实现银行家算法
实验目的:掌握C语言实现银行家算法的基本思想,并能熟练应用矩阵处理实现银行
家算法的功能。
实验内容:
1. 利用C语言实现银行家算法的核心思想,利用矩阵处理实现其核心功能模块。
2. 银行家算法是一种负责实现“当前分配”的基于矩阵的编程模型。
该算法可以通
过利用安全状态来识别一次可行解,从而解决请求和分配资源的冲突问题。
3. 根据上述信息,我们设计了C语言实现银行家算法的基本框架,包括初始化步骤、可行性检查步骤、回滚步骤以及主步骤。
4. 在初始化步骤中,我们采用矩阵存储技术,将银行家算法中的各个参数保存起来,具体过程中采用数组存储。
5. 在可行性检查步骤中,我们判断当前系统状态是否处于安全状态,如果处于安全
状态,则继续完成下一步余额检查;否则,处理发生冲突时,回滚处理。
6. 在主步骤中,我们过程中判断若系统处于可行状态,则继续分配资源;否则,则
执行回滚操作,将系统恢复到上一状态。
实验结果和结论:
通过实验,我们学会了如何使用C语言来实现银行家算法,进而通过实现矩阵处理,
实现了该算法的核心功能模块。
此外,我们还学习了安全状态机制,进行系统可行性检查,和完成系统的分配工作,以达到有效地实现银行家算法的目的。
本次实验结论如下:
1. 通过C语言实现银行家算法中的核心功能模块,使系统的可行性检查得以有效实现;
2. 利用矩阵存储来实现系统的可行性检查,从而有效地节省时间和提高资源分配的
效率;
3. 通过回滚处理,有效地解决资源请求和分配冲突问题,使系统能够有效地实现安
全状态。
操作系统实验报告2学院:计算机科学与技术学院班级:计091学号:姓名:时间:2011/12/30目录1.实验名称 (3)2.实验目的 (3)3.实验内容 (3)4.实验要求 (3)5.实验原理 (3)6.实验环境 (4)7.实验设计 (4)数据结构设计 (4)算法设计 (6)功能模块设计 (7)8.实验运行结果 (8)9.实验心得 (9)附录:源代码部分 (9)一、实验名称:用C++实现银行家算法二、实验目的:通过自己编程来实现银行家算法,进一步理解银行家算法的概念及含义,提高对银行家算法的认识,同时提高自己的动手实践能力;各种死锁防止方法能够阻止发生死锁,但必然会降低系统的并发性并导致低效的资源利用率;死锁避免却与此相反,通过合适的资源分配算法确保不会出现进程循环等待链,从而避免死锁;本实验旨在了解死锁产生的条件和原因,并采用银行家算法有效地防止死锁的发生;三、实验内容:利用C++,实现银行家算法四、实验要求:1.完成银行家算法的设计2.设计有n个进程共享m个系统资源的系统,进程可动态的申请和释放资源,系统按各进程的申请动态的分配资源;五、实验原理:系统中的所有进程放入进程集合,在安全状态下系统收到进程的资源请求后,先把资源试探性的分配给它;之后,系统将剩下的可用资源和进程集合中的其他进程还需要的资源数作比较,找出剩余资源能够满足的最大需求量的进程,从而保证进程运行完毕并归还全部资源;这时,把这个进程从进程集合中删除,归还其所占用的所有资源,系统的剩余资源则更多,反复执行上述步骤;最后,检查进程集合,若为空则表明本次申请可行,系统处于安全状态,可以真正执行本次分配,否则,本次资源分配暂不实施,让申请资源的进程等待;银行家算法是一种最有代表性的避免的算法;在避免死锁方法中允许进程动态地申请资源,但系统在进行资源分配之前,应先计算此次分配资源的安全性,若分配不会导致系统进入不安全状态,则分配,否则等待;为实现银行家算法,系统必须设置若干;要解释银行家算法,必须先解释操作系统安全状态和不安全状态;安全序列是指一个进程序列{P1,…,Pn}是安全的,如果对于每一个进程Pi1≤i≤n,它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj j < i 当前占有资源量之和;安全状态:如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1,…,Pn,则系统处于安全状态;安全状态一定是没有死锁发生;不安全状态:不存在一个安全序列;不安全状态不一定导致死锁;我们可以把看作是银行家,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;为保证资金的安全,银行家规定:1 当一个顾客对资金的最大需求量不超过银行家现有的资金时就可接纳该顾客;2 顾客可以分期贷款,但贷款的总数不能超过最大需求量;3 当银行家现有的资金不能满足顾客尚需的贷款数额时,对顾客的贷款可推迟支付,但总能使顾客在有限的时间里得到贷款;4 当顾客得到所需的全部资金后,一定能在有限的时间里归还所有的资金.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,先测试该进程本次申请的资源数是否超过了该资源所剩余的总量;若超过则拒绝分配资源,若能满足则按当前的申请量分配资源,否则也要推迟分配;六、实验环境:Win-7系统Visual C++七、实验设计:1.数据结构设计定义结构体:struct Process0, 0, 0;}}};class DataInit法设计class FindSafeListdb->available; db->pdb->ruleri.currentAvail db->pdb->ruleri-1.currentAvail;db->pdb->ruleri-1.allocation;db->pdb->ruleri.currentAvail{ return false; }db->sum{ return false; }}return true; laim_allocation{ return 1; }Source sdb->pi.allocation; db->ask;db->pi.db->ask;ifexsitSafeListdb db->ask;db->pi.db->ask;return 2;}db->0,0,0; 能模块设计class Data0, 0, 0;}}};class DataInitr1,r2,r3;cout<<'p'<<i<<" max allocationclaimR1,R2,R3: ";r1,r2,r3;r1=db->pi.>pi.;pi.;r3=db->pi.>pi.;db->pi.r1, r2, r3;}}};class Displaylaim;cout<<"\t\t";displaySourcepi.allocation;cout<<endl;}cout<<endl;}void displaySafeListData db urrentAvail;cout<<" ";displaySourcedb->pdb->ruleri.claim;cout<<" ";displaySourcedb->pdb->ruleri.allocation;cout<<" ";displaySourcedb->pdb->ruleri.claim_allocation;cout<<" true";cout<<endl;}}void displayAskResultData db,int n db->available;db->pdb->ruleri.currentAvail db->pdb->ruleri-1.currentAvail;db->pdb->ruleri-1.allocation;db->pdb->ruleri.currentAvail{ return false; }db->sum{ return false; }}return true; laim_allocation{ return 1; }Source sdb->pi.allocation; db->ask;db->pi.db->ask;ifexsitSafeListdb db->ask;db->pi.db->ask;return 2;}db->0,0,0; //找到安全序列,将请求资源置零,返回3return 3;}};void main{Data db;db=new Data;ifdb{ cout<<"errorno enough memory space"; return; } DataInit dataInit;db; //设置进程个数db; //设置系统总资源量db; //设置当前系统可获得资源量db; //设置t0时刻进程基本状态Display display;FindSafeList findSafeList;int r1=0,r2=0,r3=0;int c;db->r1,r2,r3; //设置请求资源为0,即无请求c=db,0; //寻找安全序列,返回结果ifc=3{ cout<<"t0时刻的进程组不存在安全序列\n"; return; }int choice=1;int pi;whilechoice{cout<<"\n 选择操作:\n 1 查看进程情况\n 2 请求分配资源\n 0 退出\n ";cin>>choice;switchchoice{case 1:{cout<<"当前资源量availableR1,R2,R3:\n ";db->available;cout<<endl;cout<<"\n当前进程资源分配情况piR1,R2,R3: \n";cout<<" 进程\tclaim\t\tallocation\n";db->p,db->pLength;break;}case 2:{cout<<"输入请求资源进程序号:";cin>>pi;cout<<"输入请求资源R1,R2,R3: 0,0,0表示当前进程组无请求\n";cin>>r1>>r2>>r3;db->r1,r2,r3;c=db,pi;db,c;cout<<endl;break;}case 0:{ break; }default:{ cout<<"input errortry again\n"; break; }}}}。
1. 题目分析1.1 设计目的●理解死锁产生的原因和必要条件●了解避免死锁的几种基本方法●掌握银行家算法及安全性算法1.2 设计内容设计内容包括银行家算法和安全性算法,以及用VC界面实现输出1.3 相关知识概述银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。
要解释银行家算法,必须先解释操作系统安全状态和不安全状态。
安全状态:如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1,…,Pn,则系统处于安全状态。
安全状态一定是没有死锁发生。
不安全状态:不存在一个安全序列。
不安全状态一定导致死锁。
安全序列:一个进程序列{P1,…,Pn}是安全的,如果对于每一个进程Pi(1≤i≤n),它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj (j < i )当前占有资源量之和。
2. 概要设计2.1主要数据结构描述static int MAX[5][3]; //最大需求矩阵static int AVAILABLE[3]; //可利用资源矩阵static int ALLOCATION[5][3]; //分配矩阵static int NEED[5][3]; //需求矩阵因为数组成员MAX,AVAILABLE, ALLOCATION, NEED的值每次调用一次银行家算法,如果分配成功,都会改变,所以将他们设定为静态成员变量。
int Request[3]; //请求向量int Work[3]; //工作向量bool FINISH[5];//标记系统是否有足够的资源分配给进程2.2 流程图(1)银行家算法流程图单击“执行银行家算法”按钮时会调用OnButton1()函数,相当于银行家算法注:只要不按“退出”按钮退出程序,数组MAX,A V AILABLE, ALLOCATION, NEED中会保留上一次执行完后变化的值,不停的单击“进行银行家算法”按钮,程序会在上一次执行完后的基础上反复的执行银行家算法。
(2)安全性算法流程图3. 详细设计3.1 主要算法描述当进程pi提出资源申请时,系统执行下列步骤:(1)若Request≤Need,转(2);否则错误返回(2)若Request≤Available,转(3);否则进程等待(3)假设系统分配了资源,则有:Available:=Available-Request;Allocation:=Allocation+Request;Need:=Need-Request若系统新状态是安全的,则分配完成若系统新状态是不安全的,则恢复原状态,进程等待安全性检查的步骤:(1) Work:=Available;Finish:=false;(2) 寻找满足条件的i:Finish=false;Need≤Work;如果不存在,则转(4)(3) Work:=Work+Allocation;Finish:=true;转(2)(4) 若对所有i,Finish=true,则系统处于安全状态,否则处于不安全状态3.2 程序界面设计4. 编码实现4.1 开发工具简介Visual C++集成开发环境下下实现的4.2 部分程序源码int CSisuoDlg::MAX[5][3]={{7,5,3},{3,2,2},{9,0,2},{2,2,2},{4,3,3}};int CSisuoDlg::AVAILABLE[3]={3,3,2};int CSisuoDlg::ALLOCATION[5][3]={{0,1,0},{2,0,0},{3,0,2},{2,1,1},{0,0,2}}; int CSisuoDlg::NEED[5][3]={{7,4,3},{1,2,2},{6,0,0},{0,1,1},{4,3,1}};int CSisuoDlg::safe(){int i,j,k,l=0;int Work[3];bool FINISH[5];int p[5];for(i=0;i<3;i++)Work[i]=AVAILABLE[i];for(i=0;i<5;i++){ FINISH[i]=false;}for(i=0;i<5;i++){if(FINISH[i]==true){ continue;}else{for(j=0;j<3;j++){if(NEED[i][j]>Work[j]){break;}}if(j==3)//找到满足要求的进程{FINISH[i]=true;for(k=0;k<3;k++){Work[k]+=ALLOCATION[i][k];}p[l++]=i;//记录安全序列i=-1;//每次都是从头开始找}else{continue;}}if(l==5){show+="经安全性检查,系统安全,本次分配成功。
操作系统课程实训报告选题名称:进程创建模拟实现系(院):专业:计算机科学与技术班级:姓名:学号:姓名:学号:姓名:学号:指导教师:学年学期:2012 ~ 2013 学年第一学期2013 年12 月20 日实训任务书指导教师(签章):年月日摘要:银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。
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,为了防止银行加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。
银行算法进行资源分配可以避免死锁。
在避免死锁方法中允许进程动态地申请资源,但系统在进行资源分配之前,应先计算此次分配资源的安全性,若分配不会导致系统进入不安全状态,则分配,否则等待实现银行家算法,系统必须设置若干数据结构。
关键词:银行家,死锁,资源,分配目 录需求分析1.1功能需求分析 错误!未定义书签。
1需求分析1.1 设计任务及要求银行家算法是避免死锁的一种重要方法。
通过编写一个模拟动态资源分配的银行家算法程序,进一步深入理解死锁、产生死锁的必要条件、安全状态等重要概念,并掌握避免死锁的具体实施方法。
本设计的目的是通过编写和调试一个系统动态分配资源的简单模拟程序,观察死锁产生的条件,并采用适当的算法,有效地防止和避免死锁地发生。
要求如下:(1)模拟一个银行家算法;(2)初始化时让系统拥有一定的资源;(3)用键盘输入的方式申请资源;(4)如果预分配后,系统处于安全状态,则修改系统的资源分配情况;(5)如果预分配后,系统处于不安全状态,则提示不能满足请求,设计的主要内容是模拟实现动态资源分配。
同时编写和调试一个系统动态资源的简单模拟程序,观察死锁产生的条件,并使用适当的算法,有效的防止和避免死锁的发生。
银行家算法课程设计实验报告摘要:本文主要介绍了一种新的实验方法——银行家算法课程设计实验,针对算法教学的实验设计,特别是在银行家算法这一领域,运用Visual C++ 语言,给出了一种实验实现及其相应的实验报告。
实验的通过对 Visual C++ 的开发环境及语法的掌握,实验证明了银行家算法的可行性和实际应用的安全性。
关键词:银行家算法;Visual C++;实验设计;实验报告1. 绪论随着网络技术的不断发展和深化,如今网络系统的仿真实验,尤其是银行家算法的仿真实验的需求量日益增大,该实验将把网络系统设计中的概念、原理以及运用的方法用于系统的实际应用,更直观地表达出网络实验中的概念。
本实验希望通过对 Visual C++语言的开发环境及语法的掌握,实现银行家算法在计算机系统中的运用,实现这种算法的可行性和实际应用的安全性,从而使网络系统仿真实验更加简单有效的实现。
2. 实验目的(1)熟悉 Visual C++ 语言的开发环境及语法;(2)了解银行家算法基本原理及其实现;(3)验证银行家算法的可行性及实际应用的安全性;(4)为网络系统仿真实验提供一种新的实验方法。
3. 实验内容(1)Visual C++编程环境的熟悉;(2)实现银行家算法的仿真实验;(3)验证银行家算法的可行性和实际应用的安全性;(4)实验报告的编写。
4. 实验环境实验环境主要包括实验平台、操作系统、语言编程工具和文本编辑器。
实验平台:实验所使用的计算机硬件平台为:Intel 酷睿i5-8400 处理器、 DDR4 8G 内存及 GTX 1050TI 4G 显卡;操作系统:实验所使用的操作系统为 Windows 10 家庭版;语言编程工具:实验所使用的语言编程工具为 Visual Studio 2017;文本编辑器:实验所使用的文本编辑器为 Notepad。
5. 实验过程实验过程主要包括 Visual C++ 编程环境的熟悉、银行家算法的仿真实现及实验报告的编写。
c语言银行家算法实验报告C语言银行家算法实验报告引言:计算机科学领域中,操作系统的资源管理是一个十分重要的课题。
在多任务处理系统中,多个进程同时竞争有限的资源,如何合理地分配和调度资源,以保证系统的稳定性和效率,是一个关键问题。
银行家算法(Banker's Algorithm)是一种经典的资源分配算法,它通过分析系统的资源状态和进程的资源需求,来判断是否能够安全地分配资源,从而避免产生死锁。
一、实验目的本次实验旨在通过C语言编程实现银行家算法,加深对资源管理和死锁问题的理解,并通过实际案例验证银行家算法的有效性。
二、实验环境本次实验使用C语言进行编程,并在Linux操作系统下进行测试。
三、实验过程1. 设计数据结构在开始编写代码之前,我们需要先设计适合的数据结构来表示系统资源和进程的状态。
在银行家算法中,我们需要记录系统中的可用资源数量、各个进程的最大需求资源数量、已分配资源数量和需要资源数量等信息。
通过定义合适的数据结构,我们可以方便地进行资源的分配和回收。
2. 实现银行家算法根据银行家算法的原理,我们可以将其分为两个步骤:安全性检查和资源分配。
在安全性检查中,我们需要判断当前系统状态下是否存在安全序列,即是否能够满足所有进程的资源需求,避免死锁的发生。
在资源分配中,我们需要根据当前系统状态和进程的资源需求,动态地分配和回收资源。
3. 编写测试用例为了验证银行家算法的正确性和有效性,我们需要编写一些测试用例。
测试用例应该包括各种不同的进程资源需求和系统资源状态,以覆盖不同情况下的资源分配和回收。
4. 运行测试用例在编写完测试用例后,我们可以运行程序,观察输出结果。
通过比较实际输出与预期结果,我们可以判断银行家算法的正确性和有效性。
四、实验结果与分析通过运行多个测试用例,我们可以得出以下结论:1. 银行家算法能够有效地避免死锁的发生。
在安全性检查过程中,如果存在安全序列,那么系统可以继续分配资源,否则需要阻塞等待。
淮海工学院计算机工程学院实验报告书课程名:《操作系统原理》题目:银行家算法班级:学号:姓名:一、实验目的银行家算法是操作系统中避免死锁的典型算法,本实验可以加深对银行家算法的步骤和相关数据结构用法的更好理解。
实验环境TurboC2.0/3.0或VC++6.0实验学时4学时,必做实验。
二、实验内容用C语言编写一个简单的银行家算法模拟程序,用银行家算法实现资源分配。
程序能模拟多个进程共享多种资源的情形。
进程可动态地申请资源,系统按各进程的申请动态地分配资源。
要求程序具有显示和打印各进程的某一时刻的资源分配表和安全序列;显示和打印各进程依次要求申请的资源数量以及为某进程分配资源后的有关资源数据的情况。
三、实验说明实验中进程的数量、资源的种类以及每种资源的总量Total[j]最好允许动态指定。
初始时每个进程运行过程中的最大资源需求量Max[i,j]和系统已分配给该进程的资源量Allocation[i,j]均为已知(这些数值可以在程序运行时动态输入),而算法中其他数据结构的值(包括Need[i,j]、Available[j])则需要由程序根据已知量的值计算产生。
四、实验步骤1、理解本实验中关于两种调度算法的说明。
2、根据调度算法的说明,画出相应的程序流程图。
3、按照程序流程图,用C语言编程并实现。
五、分析与思考1.要找出某一状态下所有可能的安全序列,程序该如何实现?答:要找出这个状态下的所有可能的安全序列,前提是要是使这个系统先处于安全状态,而系统的状态可通过以下来描述:进程剩余申请数=最大申请数-占有数;可分配资源数=总数-占有数之和;通过这个描述来算出系统是否安全,从而找出所有的安全序列。
2.银行家算法的局限性有哪些?答:银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。
银行家算法即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。
课程设计报告题目银行家算法程序设计课程名称操作系统课程设计院部名称信息技术学院专业计算机科学与技术班级学生姓名* *学号**********课程设计地点课程设计学时20指导教师* ********教务处制成绩操作系统课程设计报告摘要Dijkstra提出的银行家算法,是最具代表性的避免死锁的算法。
本文对如何用银行家算法来处理操作系统给进程分配资源做了详细的说明,包括需求分析、概要设计、详细设计、测试与分析、总结、源程序清单。
首先做了需求分析,解释了什么是银行家算法,并指出它在资源分配中的重要作用。
然后给出了银行家算法的概要设计,包括算法思路、步骤,以及要用到的主要数据结构、函数模块及其之间的调用关系等。
在概要设计的基础上,又给出了详细的算法设计,实现概要设计中定义的所有函数,对每个函数写出核心算法,并画出了流程图。
接着对编码进行了测试与分析(并在最后附上Java编写的程序代码)。
最后对整个设计过程进行了总结。
关键词:安全状态;安全序列;银行家算法;安全性算法;安全序列;流程图。
目录摘要 (1)目录 (2)1.绪论 (3)1.1前言 (3)1.2研究意义 (4)1.3结构安排 (4)2.需求分析 (5)2.1题目描述 (5)2.2银行家算法 (5)2.3基本要求 (5)2.4目的 (6)3.概要设计 (7)3.1设备环境 (7)3.2算法思路 (7)3.3银行家算法步骤 (7)3.4安全性算法步骤 (8)3.5数据结构 (9)3.6系统结构图 (12)4.详细设计 (13)4.1主要函数的核心代码 (13)4.2程序流程图 (13)5.测试 (16)5.1测试用例 (16)5.2测试结果截图 (17)6.总结 (22)参考文献 (24)致谢 (25)附录 (26)1绪论1.1前言:Dijkstra (1965)提出了一种能够避免死锁的调度算法,称为银行家算法。
它的模型基于一个小城镇的银行家,他向一群客户分别承诺了一定的贷款额度,每个客户都有一个贷款额度,银行家知道不可能所有客户同时都需要最大贷款额,所以他只保留一定单位的资金来为客户服务,而不是满足所有客户贷款需求的最大单位。
这里将客户比作进程,贷款比作设备,银行家比作系统。
客户们各自做自己的生意,在某些时刻需要贷款。
在某一时刻,客户已获得的贷款和可用的最大数额贷款称为与资源分配相关的系统状态。
一个状态被称为是安全的,其条件是存在一个状态序列能够使所有的客户均得到其所需的贷款。
如果忽然所有的客户都申请,希望得到最大贷款额,而银行家无法满足其中任何一个的要求,则发生死锁。
不安全状态并不一定导致死锁,因为客户未必需要其最大贷款额度,但银行家不敢抱这种侥幸心理。
银行家算法就是对每一个请求进行检查,检查如果满足它是否会导致不安全状态。
若是,则不满足该请求;否则便满足。
检查状态是否安全的方法是看他是否有足够的资源满足一个距最大需求最近的客户。
如果可以,则这笔投资认为是能够收回的,然后接着检查下一个距最大需求最近的客户,如此反复下去。
如果所有投资最终都被收回,则该状态是安全的,最初的请求可以批准。
1.2研究意义:在多道程序系统中,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——死锁。
所谓死锁(Deadlock),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(DeadlyEmbrace),当进程处于这种状态时,若无外力作用,他们都无法在向前推进。
要预防死锁,有摒弃“请求和保持”条件,摒弃“不剥夺”条件,摒弃“环路等待”条件等方法。
但是,在预防死锁的几种方法之中,都施加了较强的限制条件;而在避免死锁的方法中,所施加的限制条件较弱,有可能获得令人满意的系统性能。
在该方法中把系统状态分为安全状态和不安全状态,便可避免死锁的发生。
而最具代表性的避免死锁的算法,便是Dijkstra的银行家算法。
利用银行家算法,我们可以来检测CPU为进程分配资源的情况,决定CPU 是否响应某进程的的请求并为其分配资源,从而很好避免了死锁的产生。
1.3结构安排:一、绪论:介绍了题目背景以及研究意义。
二、需求分析:介绍了题目描述、银行家算法、以及基本要求和所需达到的目的。
三、概要设计:介绍了基本的算法思路、步骤,以及数据结构和主要的函数模块及其调用关系。
四、详细设计:介绍了主要函数及其核心代码,以及程序流程图。
五、测试六、总结参考文献附录:原程序清单2 需求分析2.1题目描述:银行家算法是一种最具有代表性的避免死锁的算法。
所谓安全状态,是指系统能按照某种进程顺序{P1,P2,…,Pn}(称{P1,P2,…,Pn }序列为安全序列),来为每个进程Pi分配其所需资源,直至满足每个进程对资源的最大需求,使每个进程都可以顺利完成。
安全状态一定没有死锁发生。
如果系统无法找到这样一个安全序列,则称系统处于不安全状态。
那么,什么是安全序列呢?如果对每一个进程Pi(1<i<n),它以后尚需要的资源量不超过系统当前可利用的资源量与所有的进程Pj(j<n)所占有的资源量之和,则称此进程序列{P1,P2,…,Pn}是安全的,称作安全序列。
2.2银行家算法:我们可以把操作系统看做是银行家,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资源相当于客户向银行家贷款。
操作系统按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,要测试该进程尚需求的资源量,若是系统现存的资源可以满足它尚需求的资源量,则按当前的申请量来分配资源,否则就推迟分配。
当进程在执行中继续申请资源时,先测试该进程申请的资源量是否超过了它尚需的资源量。
若超过则拒绝分配,若没超过则再测试系统尚存的资源是否满足该进程尚需的资源量,若满足即可按当前的申请量来分配,若不满足亦推迟分配。
2.3基本要求:设计一n个并发进程共享m个系统资源的程序实现银行家算法。
要求包括:(1)简单的初始化界面;(2)系统资源的占用和剩余情况;(3)为进程分配资源,用银行家算法对其进行检测,分为以下三种情况:A. 所申请的资源大于其所需资源,提示分配不合理不予分配并返回;B. 所申请的资源未大于其所需资源,但大于系统此时的可利用资源,提示分配不合理不予分配并返回;C. 所申请的资源未大于其所需资源,亦未大于系统此时的可利用资源,预分配并进行安全性检查:a. 预分配后系统是安全的,将该进程所申请的资源予以实际分配并打印后返回;b. 与分配后系统进入不安全状态,提示系统不安全并返回;(4)对输入进行检查,即若输入不符合条件,应当报错并返回重新输入;(5)撤销作业,释放资源。
2.4目的:银行家算法是避免死锁的一种重要方法,本设计要求用C语言编写和调试一个简单的银行家算法程序。
加深有关资源申请、避免死锁等概念,并体会和了解死锁和避免死锁的具体实施方法。
通过设计这个算法,让学生能够对书本知识有更深的理解,在操作和其它方面有更高的提升,对程序设计的水平也有所提高。
根据设计题目的要求,充分地分析和理解题目,叙述系统的要求,明确程序要求实现的功能以及限制条件。
明白自己需要用代码实现的功能,清楚编写每部分代码的目的,做到有的放矢,有条理不遗漏的用代码实现银行家算法。
3 概要设计3.1设备环境:软件:windows XP,Microsoft Officc Word 2003, Microsoft Officc Visio 2003,Turbo C 2.0硬件:CPU:2.00GHZ 内存:0.99GB 主频:2.00HZ3.2算法思路:先对用户提出的请求进行合法性检查,即检查请求是否大于需要的,是否大于可利用的。
若请求合法,则进行预分配,对分配后的状态调用安全性算法进行检查。
若安全,则分配;若不安全,则拒绝申请,恢复到原来的状态,拒绝申请。
3.3银行家算法步骤(1)如果Requesti<or =Need,则转向步骤(2);否则,认为出错,因为它所需要的资源数已超过它所宣布的最大值。
(2)如果Request<or=Available,则转向步骤(3);否则,表示系统中尚无足够的资源,进程必须等待。
(3)系统试探把要求的资源分配给进程Pi,并修改下面数据结构中的数值:Available=Available-Request[i];Allocation=Allocation+Request;Need=Need-Request;(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。
3.4安全性算法步骤(1)设置两个向量①工作向量Work。
它表示系统可提供进程继续运行所需要的各类资源数目,执行安全算法开始时,Work=Allocation;②标志向量Finish。
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]=0,当有足够资源分配给进程时,令Finish[i]=1。
(2)从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程:①Finish[i]=0②Need<or=Work如找到,执行步骤(3);否则,执行步骤(4)。
(3)当进程P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:Work=Work+Allocation;Finish[i]=1;转向步骤(2)。
(4)如果所有进程的Finish[i]=1,则表示系统处于安全状态;否则,系统处于不安全状态。
3.5数据结构:3.5. 1主要用到的数据结构:(1)工作向量(已分配矩阵) rdy[ ](2)仍需求矩阵nd[ ][ ]=max[ ][ ]-rdy[ ](3)可利用资源向量sys[ ](4)申请各类资源向量req [ ](5)等待向量wait[ ](6)标志向量zhuang[ ]3.5. 2程序模块:main( )//系统的主函数int pstart( )//初始化void inputpcb( ) //输入资源及进程void csh ( )//数据备份void outputpcb( )//打印输出void inputreq( )//提出资源请求int canloc( )//判断请求int change(int a[10],int b)//假设满足请求后,修改资源个数int exchange(int a[10],int b)//请求不能满足,恢复资源个数int ss(int ri)//判断是否有安全序列int locate( )//利用安全性算法进行安全性检测void agree( )//资源分配后修改资源个数void output ( )//输出安全序列void back( )//撤销作业,归还资源3.5. 3各模块间的调用关系:主函数main( )要调用:pstart( );inputpcb( );csh( );outputpcb( );inputreq( );canloc( );ss(ri);change(req,qq);output( );agree( );exchange(req,qq);初始化函数pstart( )要调用:exit;back( );银行家算法函数ss( )要调用:locate( );3.6系统结构图4 详细设计4.1主要函数的核心代码:1.进行初始化输入的函数2.打印输出的函数3.利用安全性算法进行检测的函数4.进行资源分配的函数5.利用行家算法进行判定的函数4.2程序流程图:1、系统主要过程流程图2、银行家算法流程图3、安全性算法流程图5 测试5.1测试用例:测试用例为课本上的例题:某系统有R1、R2和R3共3种资源,在T0时刻P1、P2、P3、P4和P5这5个进程对资源的占用和需求情况见下表,此刻系统的可用资源为(3,3,2)。