实验五-银行家算法模拟

1南京信息工程大学实验（实习）报告实验（实习）名称实验五银行家算法模拟_实验（实习）日期12.4得分指导教师陈遥系计算机专业计算机科学与技术年级3班次3姓名董帅学号20122308905实验五银行家算法模拟一、实验目的(1)进一步理解利用银行家算法避免死锁的问题；(2)在了解和掌握银行家算法的基础上，编制银行家算法通用程序，将调试结果显示在计算机屏幕上，再检测和笔算的一致性。(3)理解和掌握安全序列、安全性算法。(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。二、实验内容(1)根据银行家算法的基本思想，编写和调试一个实现动态资源分配的模拟程序，并能够有效地防止和避免死锁的发生。(2)在WindowsXP环境下，利用VC集成开发环境编制程序，并通过上机考核。三、实验指导A、银行家算法设计的知识准备。1、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。2、关于死锁的一些结论：参与死锁的进程最少是两个（两个以上进程才会出现死锁）参与死锁的进程至少有两个已经占有资源参与死锁的所有进程都在等待资源2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。3、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）可抢占资源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4、产生死锁的四个必要条件：互斥使用（资源独占）、不可强占（不可剥夺）、请求和保持（部分分配，占有申请）、循环等待。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3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。B、银行家算法1、银行家算法中的数据结构1）可利用资源向量Available它是一个含有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Rj类资源K个。2）最大需求矩阵Max这是—个n×m的矩阵，它定义了系统中n个进程中的每一个进程对m类资源的最大需求。如果Max(i，j)＝K，表示进程i需要Rj类资源的最大数目为K。43）分配矩阵Allocation这是一个n×m的矩阵，它定义了系统中每一类资源当前已分配给每个进程的资源数。如果Allocation(i,j)＝K，表示进程i当前已分得Rj类资源的数目为K。4）需求矩阵Need它是一个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Rj类资源k个，方能完成其任务。上述三个矩阵间存在下述关系：Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]2、银行家算法设Requesti是进程Pi的请求向量。如果Requesti[j]＝k，表示进程只需要k个Rj类型的资源。当Pi发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：（1）如果Requesti[j]=Need[i,j]，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Requesti[j]=Available[j]，则转向步骤3；否则，表示系统中尚无足够的资源，Pi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[j]:=Available[j]-Requesti[j];Allocation[i,j]:=Allocation[i,j]+Requesti[j];Need[i,j]:=Need[i,j]-Requesti[j];（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。若安全，才正式将资源分配给进程Pi，以完成本次分配；否则，将试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程Pi等待。3、安全性算法系统所执行的安全性算法可描述如下：（1）设置两个向量①、工作向量Work。它表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源数目，它含有m个元素，执行安全算法开始时，Work=Available。②、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]:=false；当有足够资源分配给进程时，令Finish[i]:=true。（2）从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：①、Finish[i]=false;②、Need[i,j]=Work[j];如找到，执行步骤（3）；否则，执行步骤（4）。（3）当进程Pi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：5Work[j]:=Work[i]+Allocation[i,j];Finish[i]:=true;gotostep2；（4）如果所有进程的Finish[i]:=true，则表示系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态。四、程序运行结果及分析T0时刻的资源分配表(各种资源的数量分别为：10、5、7)资源情况进程MaxABCAllocationABCNeedABCAvailableABCP0753010743332P1322200122P2902302600P3222211011P4433002431运行结果P1request(0,1,1)五、参考程序6