共享资源分配与银行家算法

辽宁工业大学操作系统课程设计（论文）题目：共享资源分配与银行家算法院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：讲师起止时间：2009.4.27至2009.5.3课程设计（报告）任务及评语院（系）：软件学院教研室：软件教研窒学号学生姓名专业班级程序设计（报告）题目程序设计（报告）任务课程设计的任务与要求：（1）掌握操作系统的基础知识。（2）较熟练地运用C语言编写相应的算法程序。（3）联系已学过的内容，巩固所学的理论，增强独立工作能力。（4）通过设计主要使学生有一个独立编写程序的过程，对理论学习及动手能力都有一个很大的提高。（5）通过本次设计，进一步培养学生热爱专业的思想，同时对本专业综合素质的提高起一个积极的推动作用。课程设计过程中，要严格遵守实践环节的时间安排，听从指导教师的指导。正确地完成上述内容，记录实习日记，规范完整地撰写出课程设计报告。指导教师评语及成绩成绩：指导教师签字：2009年5月15日辽宁工业大学课程设计说明书（论文）目录第1章课程设计的目的与要求.................................................................................................11.1课程设计目的..................................................................................................................11.2课程设计的实验环境......................................................................................................11.3课程设计的预备知识......................................................................................................11.4课程设计要求..................................................................................................................1第2章课程设计内容.................................................................................................................22.1课程设计题目...................................................................................................................22.2课程设计整体设计说明...................................................................................................22.2.1课程设计内容........................................................................................................22.2.2系统功能模块结构图.............................................................错误!未定义书签。2.2.3数据结构设计及用法说明....................................................................................52.2.4程序结构（画流程图）........................................................................................62.2.5各模块的功能........................................................................................................82.3程序源代码及注释...........................................................................................................8第3章课程设计总结.................................................................................................................16参考资料.....................................................................................................................................17辽宁工业大学课程设计说明书（论文）1第1章课程设计的目的与要求1.1课程设计目的本课程设计是软件工程专业重要的实践性环节之一，是在学生学习完《操作系统》课程后进行的一次全面的综合练习。本课程设计的目的和任务：1.巩固和加深学生对操作系统课程的基本知识的理解和掌握2.利用C语言进行基本算法的设计3.掌握书写程序设计说明文档的能力4.提高运用相关算法解决实际问题的能力1.2课程设计的实验环境硬件要求能运行Windows2000/XP操作系统的微机系统。C语言程序设计及相应的开发环境。1.3课程设计的预备知识熟悉C语言及C语言开发工具。1.4课程设计要求1.分析课程设计题目的要求2.写出详细设计说明3.编写程序代码，调试程序使其能正确运行4.设计完成的软件要便于操作和使用5.设计完成后提交课程设计报告辽宁工业大学课程设计说明书（论文）2第2章课程设计内容2.1问题的描述在多道程序系统中，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━━死锁。所谓死锁(Deadlock),是指多个进程在运行中因争夺资源而造成的一种僵局(Deadly_Embrace),当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。一组进程中，每个进程都无限等待被该组进程中另一进程所占有的资源，因而永远无法得到的资源，这种现象称为进程死锁，这一组进程就称为死锁进程。2.2整体设计说明2.2.1方案描述及开发过程一、关于死锁的一些结论：Ø参与死锁的进程最少是两个（两个以上进程才会出现死锁）Ø参与死锁的进程至少有两个已经占有资源Ø参与死锁的所有进程都在等待资源Ø参与死锁的进程是当前系统中所有进程的子集注：如果死锁发生，会浪费大量系统资源，甚至导致系统崩溃。二、资源分类：永久性资源：可以被多个进程多次使用（可再用资源）l可抢占资源2不可抢占资源临时性资源：只可使用一次的资源；如信号量,中断信号，同步信号等（可消耗性资源）“申请--分配--使用--释放”模式三、产生死锁的四个必要条件：1、互斥使用（资源独占）辽宁工业大学课程设计说明书（论文）3每个个资源每次只能给一个进程使用2、不可强占（不可剥夺）资源申请者不能强行的从资源占有者手中夺取资源，资源只能由占有者自愿释放3、请求和保持（部分分配，占有申请）一个进程在申请新的资源的同时保持对原有资源的占有（只有这样才是动态申请，动态分配）4、循环等待存在一个进程等待队列{P1,P2,…,Pn},其中P1等待P2占有的资源，P2等待P3占有的资源，…，Pn等待P1占有的资源，形成一个进程等待环路5、死锁的解决方案5.1产生死锁的例子申请不同类型资源产生死锁P1：…申请打印机申请扫描仪使用释放打印机释放扫描仪…P2：…申请扫描仪申请打印机使用释放打印机释放扫描仪…辽宁工业大学课程设计说明书（论文）4申请同类资源产生死锁（如内存）设有资源R，R有m个分配单位，由n个进程P1,P2,…,Pn（nm）共享。假设每个进程对R的申请和释放符合下列原则：*一次只能申请一个单位*满足总申请后才能使用*使用完后一次性释放m=2，n=3资源分配不当导致死锁产生5.2死锁预防:定义:在系统设计时确定资源分配算法，保证不发生死锁。具体的做法是破坏产生死锁的四个必要条件之一①破坏“不可剥夺”条件在允许进程动态申请资源前提下规定，一个进程在申请新的资源不能立即得到满足而变为等待状态之前，必须释放已占有的全部资源，若需要再重新申请②破坏“请求和保持”条件要求每个进程在运行前必须一次性申请它所要求的所有资源，且仅当该进程所要资源均可满足时才给予一次性分配③破坏“循环等待”条件采用资源有序分配法：把系统中所有资源编号，进程在申请资源时必须严格按资源编号的递增次序进行，否则操作系统不予分配。6．安全状态与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。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(ji)当前占有资源量之和，系统处于安全状态(安全状态一定是没有死锁发生的)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。辽宁工业大学课程设计说明书（论文）52.2.2数据结构设计及用法说明一、可利用资源向量矩阵AVAILABLE。这是一个含有m个元素的数组，其中的每一个元素代表一类可利用的资源数目，其初始值是系统中所配置的该类全部可用资源的数目，其数值随该类资源的分配和回收而动态地改变。如果AVAILABLE[j]=K，则表示系统中现有R类资源K个。二、最大需求矩阵MAX。这是一个n*m的矩阵，用以表示每一个进程对m类资源的最大需求。如果MAX[i,j]=K，则表示进程i需要R类资源的数目为K。三、分配矩阵ALLOCATION。这也是一个n*m的矩阵，它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一进程的资源数。如果ALLOCATION[i,j]=K，则表示进程i当前已分得R类资源的数目为K。四、需求矩阵NEED。这也是一个n*m的矩阵，用以表示每一个进程尚需的各类资源数。如果NEED[i,j]=K，则表示进程i还需要R类资源K个，才能完成其任务。上述矩阵存在下述关系：NEED[i,j]=MAX[i,j]﹣ALLOCATION[i,j]辽宁工业大学课程设计说明书（论文）62.2.3程序结构（流程图）‘银行家算法流程图2.2.4各模块的功能及程序说明一、初始化由用户输入数据，分别对可利用资源向量矩阵AVAILABLE、最大需求矩阵MAX、分配矩阵ALLOCATION、需求矩阵NEED赋值。二、银行家算法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。在该方法中把系统的状态分为安全状态和不安全状态，只要能使系统始终都处于安全状态，便可以避免发生死锁。辽宁工业大学课程设计说明书（论文）7银行家算法的基本思想是分配资源之前,判断系统是否是安全的;若是,才分配。它是最具有代表性的避免死锁的算法。设进程cusneed提出请求REQUEST[i]，则银行家算法按如下规则进行判断。(1)如果REQUEST[cusneed][i]=NEED[cusneed][i]，则转(2)；否则，出错。(2)如果REQUEST[cusneed][i]=AVAILABLE[cusneed][i]，则转(3)；否则，出错。(3)系统试探分配资源，修改相关数据：AVAILABLE[i]-