银行家算法的模拟实现

操作系统课程设计报告题目：银行家算法的模拟实现

专业计算机科学与技术

学生姓名姜雯

班级计算机131

学号1310704112

指导教师韩立毛

完成日期2015.7.10

信息工程学院

目录

1 概述 (2)

1.1 设计目的 (2)

1.2 设计内容 (2)

1.3 设计要求 (2)

2 设计原理 (2)

2.1银行家算法中的数据结构 (2)

2.2 银行家算法应用 (3)

3 设计思路 (4)

4 程序运行调试结果 (5)

4.1程序初始化 (5)

4.2检测系统资源分配是否安全结果 (7)

5 设计小结 (8)

6 参考文献 (8)

附录源程序代码 (9)

题目：银行家算法的模拟实现

1 概述

1.1 设计目的

1.进一步了解进程的并发执行。

2.加强对进程死锁的理解。

3.是用银行家算法完成死锁检测。

1.2 设计内容

给出进程需求矩阵C、资源向量R以及一个进程的申请序列。使用进程启动拒绝和资源分配拒绝（银行家算法）模拟该进程组的执行情况。

1.3 设计要求

1.初始状态没有进程启动；

2.计算每次进程申请是否分配，如：计算出预分配后的状态情况（安全状态、不安全状态），如果是安全状态，输出安全序列；

3.每次进程申请被允许后，输出资源分配矩阵A和可用资源向量V；

4.每次申请情况应可单步查看，如：输入一个空格，继续下个申请。

2 设计原理

2.1 银行家算法中的数据结构

(1)、可利用资源向量Available，这是一个含有m个元素的数组，其中的每个元素代表一类可利用资源的数目，其初始值是系统中所配置的该类全部资源的数目，其数值随该类资源的分配和回收而动态改变。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，这是一个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，则表示进程i需要Rj类资源的最大数目为K。

（3）、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当前已经分得Rj 类资源的数目为K。

（4）、需求矩阵Need。这也是一个n*m的矩阵，用以表示每个进程尚需要的各类资源数。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

述三个矩阵间存在以下关系：

Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]

2.2 银行家算法应用

模拟实现Dijkstra的银行家算法以避免死锁的出现，分两部分组成：一是银行家算法(扫描)；二是安全性算法。

(1)银行家算法(扫描)

设Requesti是进程Pi的请求向量，如果Requesti[j]=K，表示进程Pi需要K个Ri 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]，便转向步骤2；否则认为出错，因为它所需的资源数已经超过了它所宣布的最大值。

②如果Requesti[j]<= Available[j]，便转向步骤3；否则表示尚无足够资源，Pi 需等待。

③系统试探着把资源分配给进程Pi，并修改下面数据结构中的数值。

Available[j]=Available-Requesti[j];

Allocation[i,j]=Allocation[i,j]+Requesti[j];

Need[i,j]=Need[i,j]-Request[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，将本次的试探分配作废，恢复原来资源的分配状态，让进程Pi等待。

(2)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：一个是工作向量Work；它表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源的数目，它含有m个元素，在执行安全性算法开始时，work=Availalbe；另一个是 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，再令Finish[i]=rue；

②从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：

一是Finish[i]==false；二是 Need[i,j]<=Work[j]；若找到，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：

Work[j]=Work[j]+Allocation[i,j]；

Finish[i]=true；

go to step②；

④如果所有进程的Finish[i]==true都满足，则表示系统处于安全状态，否则系统

处于不安全状态。

3 设计思路

1.进程一开始向系统提出最大需求量；

2.进程每次提出新的需求(分期贷款)都统计是否超出它事先提出的最大需求量；

3.若正常，则判断该进程所需剩余剩余量(包括本次申请)是否超出系统所掌握的剩余资源量，若不超出，则分配，否则等待。

银行家算法流程如图16-4所示：

图16-4 银行家算法流程

银行家算法安全检测流程如图16-5所示：

图16-5 银行家算法安全检测流程4 程序运行调试结果

4.1 程序初始化

4.2检测系统资源分配是否安全结果

5 设计小结

“银行家算法的模拟实现”是本学期操作系统课程的课程设计。在设计此程序的过

行家算法的理解，掌握了银行家算法避免死锁的过程和方法，理解了死锁产生的原因和条件以及避免死锁的方法。所编写程序基本实现了银行家算法的功能，并在其基础上考虑了输出显示格式的美观性，使界面尽可能友好。并且在编程时将主要的操作都封装在函数中，这样使程序可读性增强，使程序更加清晰明了。在算法的数据结构设计上考虑

作了一些考虑。当然，在编写和调试过程中我遇到了许多的问题，通过网上查询资料、翻阅课本、向同学请教、多次调试等方法逐渐解决了大部分问题。让我收获很多，相信在今后的生活中也有一定帮助。

6 参考文献

[1] 韩立毛，李先锋. 计算机操作系统实践教程[M]，南京：南京大学出版社，2011.10.

[2] 严蔚敏，吴伟民. 数据结构[M]，北京：清华大学出版社，1997.4

[3] 张尧学，史美林. 计算机操作系统教程[M]，北京：清华大学出版社，2000.8.

[4] 孙静宇. 计算机操作系统课程设计指导书[M]，山西：太原理工出版社，2006.4.

附录源程序代码

#include

#include

#include

# define m 50

int no1; //进程数

int no2; //资源数

int r;

int allocation[m][m],need[m][m],available[m],max[m][m];

char name1[m],name2[m]; //定义全局变量void main()

{

void check();

void print();

int i,j,p=0,q=0;

char c;

int request[m],allocation1[m][m],need1[m][m],available1[m];

printf("**********************************************\n");

printf("* 银行家算法的设计与实现 *\n");

printf("**********************************************\n");

printf("请输入进程总数:\n");

scanf("%d",&no1);

printf("请输入资源种类数:\n");

scanf("%d",&no2);

printf("请输入Max矩阵:\n");

for(i=0;i

for(j=0;j

scanf("%d",&max[i][j]); //输入已知进程最大资源需求量

printf("请输入Allocation矩阵:\n");

for(i=0;i

for(j=0;j

scanf("%d",&allocation[i][j]); //输入已知的进程已分配的资源数

for(i=0;i

for(j=0;j

need[i][j]=max[i][j]-allocation[i][j]; //根据输入的两个数组计算出need 矩阵的值

printf("请输入Available矩阵\n");

for(i=0;i

scanf("%d",&available[i]); //输入已知的可用资源数

print(); //输出已知条件

check(); //检测T0时刻已知条件的安全状态

if(r==1) //如果安全则执行以下代码

{

do{

q=0;

p=0;

printf("\n请输入请求资源的进程号(0~4)：\n");

for(j=0;j<=10;j++)

{

scanf("%d",&i);

if(i>=no1)

{

printf("输入错误，请重新输入：\n");

continue;

}

else break;

}

printf("\n请输入该进程所请求的资源数request[j]:\n");

for(j=0;j

scanf("%d",&request[j]);

for(j=0;j

if(request[j]>need[i][j]) p=1;

//判断请求是否超过该进程所需要的资源数

if(p)

printf("请求资源超过该进程资源需求量，请求失败！\n");

else

{

for(j=0;j

if(request[j]>available[j]) q=1;

//判断请求是否超过可用资源数

if(q)

printf("没有做够的资源分配，请求失败！\n");

else //请求满足条件

{

for(j=0;j

{

available1[j]=available[j];

allocation1[i][j]=allocation[i][j];

need1[i][j]=need[i][j];

//保存原已分配的资源数，仍需要的资源数和可用的资源数

available[j]=available[j]-request[j];

allocation[i][j]+=request[j];

need[i][j]=need[i][j]-request[j];

//系统尝试把资源分配给请求的进程

}

print();

check(); //检测分配后的安全性

if(r==0) //如果分配后系统不安全

{

for(j=0;j

{

available[j]=available1[j];

allocation[i][j]=allocation1[i][j];

need[i][j]=need1[i][j];

//还原已分配的资源数，仍需要的资源数和可用的资源数

}

printf("返回分配前资源数\n");

print();

}

}

}printf("\n你还要继续分配吗？Y or N ?\n");

//判断是否继续进行资源分配

c=getche();

}while(c=='y'||c=='Y');

}

}

void check() //安全算法函数

{

int k,f,v=0,i,j;

int work[m],a[m];

bool finish[m];

r=1;

for(i=0;i

finish[i]=false; // 初始化进程均没得到足够资源数并完成for(i=0;i

work[i]=available[i];//work[i]表示可提供进程继续运行的各类资源数k=no1;

do{

for(i=0;i

{

if(finish[i]==false)

{

f=1;

for(j=0;j

if(need[i][j]>work[j])

f=0;

if(f==1) //找到还没有完成且需求数小于可提供进程继续运行的资源数的进程

{

finish[i]=true;

a[v++]=i; //记录安全序列号

for(j=0;j

work[j]+=allocation[i][j]; //释放该进程已分配的资源

}

}

}

k--; //每完成一个进程分配，未完成的进程数就减1

}while(k>0);

f=1;

for(i=0;i

{

if(finish[i]==false)

{

f=0;

break;

}

}

if(f==0) //若有进程没完成，则为不安全状态

{

printf("系统处在不安全状态！");

r=0;

}

else

{

printf("\n系统当前为安全状态，安全序列为：\n");

for(i=0;i

printf("p%d ",a[i]); //输出安全序列

}

}

void print() //输出函数

{

int i,j;

printf("\n");

printf("*************此时刻资源分配情况*********************\n");

printf("进程名/号 | Max | Allocation | Need |\n"); for (i = 0; i < no1; i++)

{

printf(" p%d/%d ",i,i);

for (j = 0; j < no2; j++)

{printf("%d ",max[i][j]);}

for (j = 0; j < no2; j++)

{printf(" %d ",allocation[i][j]);}

for (j = 0; j < no2; j++)

{printf(" %d ",need[i][j]);}

printf("\n");

}

printf("\n");

printf("各类资源可利用的资源数为:");

for (j = 0; j < no2; j++)

{printf(" %d",available[j]);}

printf("\n");

}

（程序结束）