银行家算法课设报告

操作系统课程设计题目：院、系：计算机科学与工程学院学科专业：姓名：学号：指导教师：年月目录1、概述12、需求分析23、数据结构设计54、算法的实现65、结束语176、参考文献181、概述一、设计目的1、了解多道程序系统中，多个进程并发执行的资源分配。2、掌握死锁的产生的原因、产生死锁的必要条件和处理死锁的基本方法。3、掌握预防死锁的方法，系统安全状态的基本概念。4、掌握银行家算法，了解资源在进程并发执行中的资源分配策略。5、理解死锁避免在当前计算机系统不常使用的原因二、开发环境操作系统编译环境生成文件RedFlag5.0g++BankforLinuxWindowsVistaBusinessBorlandC++Compiler5.5BankForWindows.exe源文件：Bank.cpp2、需求分析避免多道程序系统中程序的死锁。一、死锁概念：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。二、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。三、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l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”模式四、产生死锁的四个必要条件：1、互斥使用（资源独占）一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…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。3、数据结构设计一、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]4、算法的实现一、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。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]-=REQUEST[cusneed][i];ALLOCATION[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];NEED[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];(4)系统执行安全性检查，如安全，则分配成立；否则试探险性分配作废，系统恢复原状，进程等待。三、安全性检查算法(1)设置两个工作向量Work=AVAILABLE;FINISH(2)从进程集合中找到一个满足下述条件的进程，FINISH==false;NEED=Work;如找到，执行(3)；否则，执行(4)(3)设进程获得资源，可顺利执行，直至完成，从而释放资源。Work+=ALLOCATION;Finish=true;GOTO2(4)如所有的进程Finish=true，则表示安全；否则系统不安全。四、各算法流程图初始化算法流程图：银行家算法流程图：安全性算法流程图：四、源程序清单#includeiostreamusingnamespacestd;#defineMAXPROCESS50/*最大进程数*/#defineMAXRESOURCE100/*最大资源数*/intAVAILABLE[MAXRESOURCE];/*可用资源数组*/intMAX[MAXPROCESS][MAXRESOURCE];/*最大需求矩阵*/intALLOCATION[MAXPROCESS][MAXRESOURCE];/*分配矩阵*/intNEED[MAXPROCESS][MAXRESOURCE];/*需求矩阵*/intREQUEST[MAXPROCESS][MAXRESOURCE];/*进程需要资源数*/boolFINISH[MAXPROCESS];/*系统是否有足够的资源分配*/intp[MAXPROCESS];/*记录序列*/intm,n;/*m个进程,n个资源*/voidInit();boolSafe();voidBank();intmain(){Init();Safe();Bank();}voidInit()/*初始化算法*/{inti,j;cout\t---------------------------------------------------endl;cout\t||||endl;cout\t||银行家算法||endl;cout\t||||endl;cout\t||计科04151李宏||endl;cout\t||||endl;cout\t||0415084211||endl;cout\t---------------------------------------------------endl;cout请输入进程的数目:;cinm;cout请输入资源的种类:;cinn;cout请输入每个进程最多所需的各资源数,按照mxn矩阵输入endl;for(i=0;im;i++)for(j=0;jn;j++)cinMAX[i][j];cout请输入每个进程已分配的各资源数,也按照mxn矩阵输入endl;for(i=0;im;i++){for(j=0;jn;j++){cinALLOCATION[i][j];NEED[i][j]=MAX[i][j]-ALLOCATION[i][j];if(NEED[i][j]0){cout您输入的第i+1个进程所拥有的第j+1个资源数错误,请重新输入:endl;j--;continue;}}}cout请输入各个资源现有的数目:endl;for(i=0;in;i++){cinAVAILABLE[i];}}voidBank()/*银行家算法*/{inti,cusneed;charagain;while(1){cout请输入要申请资源的进程号(注:第1个进程号为0,依次类推)endl;cincusneed;cout请输入进程所请求的各资源的数量endl;for(i=0;in;i++){cinREQUEST[cusneed][i];}for(i=0;in;i++){if(REQUEST[cusneed][i]NEED[cusneed][i]){cout您输入的请求数超过进程的需求量!请重新输入!endl;continue;}if(REQUEST[cusneed][i]AVAILABLE[i]){cout您输入的请求数超过系统有的资源数!请重新输入!endl;continue;}}for(i=0;in;i++){AVAILABLE[i]-=REQUEST[cusneed][i];ALLOCATION[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];NEED[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];}if(Safe()){cout同意分配请求!endl;}else{cout您的请求被拒绝!endl;for(i=0;in;i++){AVAILABLE[i]+=REQUEST[cusneed][i];ALLOCATION[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];NEED[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];}}for(i=0;im;i++){FINISH[i]=false;}cout您还想再次请求分配吗?是请按y/Y,否请按其它键endl;cinagain;if(again=='y'||again=='Y'){continue;}break;}}boolSafe()/*安全性算法*/{inti,j,k,l=0;intWork[MAXRESOURC