操作系统课程设计银行家算法设计.docx
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操作系统课程设计银行家算法设计
《操作系统》
课程设计报告
系别：
信息科学与技术系
专业班级：
学生姓名：
指导教师：
（课程设计时间：
2010年7月5日——2010年7月9日）
一、课程设计目的和意义
了解掌握银行家算法，学会模拟实现资源分配，同时有要求编写和调试一个系统分配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
二、课程设计题目描述及算法
题目：
银行家算法设计
设计要求：
编制银行家算法通用程序，并检测所给状态的系统安全性。
设进程I提出请求Request[N]，则银行家算法按如下规则进行判断。
（1）如果Request[N]<=NEED[I，N]，则转
（2）；否则，出错。
（2）如果Request[N]<=AVAILABLE，则转（3）；否则，出错。
（3）系统试探分配资源，修改相关数据：
AVAILABLE=AVAILABLE-REQUEST
ALLOCATION=ALLOCATION+REQUEST
NEED=NEED-REQUEST
（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。
上述三个矩阵存在如下关系：
Need[i,j]=Max[i，j]-Allocation[i，j]
三、课程设计报告内容
1.算法描述
设Request[i]是进程Pi的请求向量，如果Requesti[j]=K,表示进程Pi需要K个Rj类型的资源，当Pi发出资源请求后，系统按下面步骤进行检查：
（1）如果Requesti[j]<=Need[i,j]，便转向步骤2；否则认为出错，因为它所需要的资源数已超过它所宣布的最大值。
（2）如果Requesti[j]<=Available[j],便转向步骤3；否则，表示尚无足够资源，Pi须等待。
（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[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，将本次的试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程Pi等待。
2.数据结构
（1）可利用资源向量Available。
这是一个含有n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Rj类资源K个。
（2）最大需求矩阵Max。
这是一个m*n的矩阵，它定义了系统中n个进程中每一个进程对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m*n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。
（5）工作数组Work.。
这是一个含有n个元素的数组，它代表可以提供分配的资源数，初始值是Available中的数值，随着资源的回收，它的值也会改变，公式是Work[i]=Work[i]+Allocation[i]。
3.主要函数说明
（1）Main（）主函数：
用来显示资源的分配情况和提示信息，同时用Main函数来调用其它子程序。
（2）Safe（）函数：
用来检查是否有安全序列，如果存在则返回一个‘1’给主函数，否则返回‘0’。
（3）Disp（）函数：
用来显示随机生成的资源包括Max、Need、Allocation、Available。
（4）Request（）函数：
用来进行资源请求，分为手动的和随机申请。
同时对申请的资源进行判断，检查申请是否有效，如果有效则返回一个‘1’给主函数，否则返回‘0’。
4.算法流程图
N
Y
Y
N
Y
Y
Y
Y
5.运行结果及说明
图1不存在安全序列
随机分配完资源后，进行安全检查，在检查过程中在屏幕上显示检查信息，上图为资源分配不安全时显示的信息。
若在程序中不将inti,j,k,h,l;改为intI;在检查Available是否满足Need时将检查m*n遍，并存在表达有歧异，改后就不需要全部检查，而是Available只要有一个不满足Need就停止检查。
图2存在安全路径
存在安全路径后，在屏幕上显示变化过程和安全路径。
提示是否申请资源。
由上图可知，进程p0最大需要的三种资源数分别为1079，需求资源数为431，当前已分配资源数为648，可利用资源数为11611。
p1、p2同理。
三个矩阵存在如下关系:
Need[i,j]=Max[i，j]-Allocation[i，j]
process[0]->need[0]
work[0]=17—已分配资源数6，可分配资源数11，则最大分配数17
同理work[1]=10、work[2]=19
Process[0]->need[1]
Work[0]=22—已分配资源数5，可分配17，则总可分配资源数22
后面的同理。
图3为申请资源
选择1则进行随机资源分配，选择2则进行手动资源分配。
图4手动分配
为保证程序只在选择的数为0、1或2时继续进行，使用If语句进行判断，不是选择的这三个进程数时终止程序并提示重新输入。
图5给p0手动配后生成的图形
与
图6随机分配生成的图形
比较
当手动输入的数小于所需资源数时，所需数减小，已分配数增多，p0原需要431，手动分配121后，为310，已分配变为769，p1、p2同理；当手动资源数为442时，need为000，但allocation为10811，并不等于1079，出现错误。
图7随机分配
当选择1时，进行随机分配，随机分配的资源数为321，无法满足需要，产生错误。
6.附录清单及分析
#include
#include
#include
#defineM3
#defineN3
intNeed[M][N],Allocation[M][N],Avalible[N],Max[M][N],finish[N];
//Need:
进程需要的资源数Allocation:
进程已分配的资源;Avalible:
进程可供分配的资源
voiddisplay（int*a,intn）//显示一维数组
{inti;
for（i=0;iprintf（"%3d",a[i]）;
}
voiddisp（）//显示资源列表
{inti;//--原为inti,j,k,h,l，改后Available只要有一个不满足Need就停止检查;
printf（"Nnumber\tMax\t\tneed\t\tallocation\tavalible\n"）;
for（i=0;i{printf（"p%d\t",i）;//--分别显示P0,P1,P2的Max,Need,Allocation,Avalible
display（Max[i],N）;
printf（"\t"）;
display（Need[i],N）;
printf（"\t"）;
display（Allocation[i],N）;
printf（"\t"）;
if（i==0）
display（Avalible,N）;
printf（"\n"）;
}}
voidgrand（int*a,int*b,intn）//分配资源
{inti;
for（i=0;ia[i]=b[i];
}
intcheck（int*a,int*b,intn）//检查Allocation是否与Max相等
{inti;
for（i=0;i{if（a[i]return1;
}
intcompare（int*a,int*b,intn）//比较数组的大小
{inti;
;//原本为charflag
for（i=0;i{if（a[i]return0;
}
return1;
}
intcomp（int*a,int*b,intn,intm）//比较数组
{inti;
for（i=0;i{if（a[i]>b[i]）
{if（m==1）
printf（"requestNumber%dresoucehaveanerrorrequestoverflowavalible[%d]\n",i+1,i）;
if（m==2）
printf（"requestNumber%dresoucehaveanerrorrequestoverflowNeed[%d]\n",i+1,i）;
return0;}}
return1;
}
voiddec（int*a,int*b,intn）//数组相减
{inti;
for（i=0;ia[i]-=b[i];
}
charinput（）//输入数据
{charc;
c=getchar（）-0x30;
returnc;
}
voidadd（int*a,int*b,intn,intm）//数组相加
{inti;
for（i=0;ia[i]+=b[i];
for（i=0;i{if（m==0）printf（"Avalible[%d]=%d",i,a[i]）;
if（m==3）printf（"\n"）;
if（m==1）printf（"workvaluesechangedwork[%d]=%d\n",i,a[i]）;
}
printf（"\n"）;
}
intsafe（）//检查安全序列
{inti,count=0,n,r1=1;//原为inti,count=0,n,j,r1=1;
intwork[N],sr[M],flag;
intfinish1[N];
grand（work,Avalible,N）;
printf（"checksafelist......\n"）;
for（i=0;ifinish1[i]=-1;
for（n=0;n{for（i=0;i{flag=compare（work,Need[i],N）;
if（flag==0）{printf（"can'tsatisfyprocess[%d]->need[%d]",n,i）;break;}
if（finish1[i]==-1&&flag==1&&finish[i]==-1）
{printf（"findarightneed----process[%d]->need[%d]\n",n,i）;
add（work,Allocation[i],N,r1）;
finish1[i]=1;sr[count]=i;
count++;//记录安全序列
}}}
if（count>=M）
{printf（"-----haveansafelist-----\n"）;
for（i=0;i{if（i!
=M-1）
printf（"p%d->",sr[i]）;
else
printf（"p%d\n",sr[i]）;
}return1;}
else
{printf（"afterchecktherenosafelist.....\n"）;
printf（"can'tapplyresouce\n"）;
return0;
}}
intran_request（）//随机请求资源
{inti,flag1,flag2,r1=1,r2=2,r3=3;
intrequest[N],pn;//N=3
pn=rand（）%2;//pn进程标志
printf（"Process[%d]callforresouce\n",pn）;//随机进程X请求资源
for（i=0;irequest[i]=rand（）%5;//将随机资源给request[i],i=1,2,3,其实request是现在将要给予的资源
//而且request[1],[2],[3]即代表3种不同的资源类型
for（i=0;ifinish[i]=-1;
printf（"randomproducerequest[%d]:
",N）;//随机产生分配数
display（request,N）;//显示request[]数组
printf（"\n"）;
if（finish[pn]==-1）//finish记录进程是否分配完成
{
flag1=comp（request,Avalible,N,r1）;//flag1
flag2=comp（request,Need[pn],N,r2）;//flag2
if（flag1==1&&flag2==1）
{
printf（"callforrequestavailible"）;//显示需求有效
dec（Avalible,request,N）;//Avalible-request,指针形式，下2同
dec（Need[pn],request,N）;//Need-request
add（Allocation[pn],request,N,r3）;//Allocation+request
disp（）;
if（safe（）==1）
{
if（check（Allocation[pn],Max[pn],N）==1）
{
add（Avalible,Allocation[pn],N,0）;
finish[pn]=1;
}
return1;
}
else
return0;
}
}
else
printf（"theresoucehaveassingned\n"）;
}
intrequest（）//手动申请资源
{intrequest[N],pn;
inti,flag1,flag2,r1=1,r2=2,r3=3;
for（i=0;;i++）
{
printf（"pleaseinputtherequestnumberwhichyouwant:
"）;
scanf（"%d",&pn）;
printf（"\n"）;
if（pn>=0&&pn<=2）break;
else
printf（"inputerror,pleaseinputagain!
\n"）;//非进程数0、1、2警告
}
printf（"pleaseinputtherequestnumber:
\n"）;
for（i=0;i{
printf（"The%drequest:
\n",i）;
scanf（"%d",&request[i]）;
}
for（i=0;ifinish[i]=-1;
printf（"randomproducerequest[%d]:
",N）;
display（request,N）;
printf（"\n"）;
if（finish[pn]==-1）//finish记录进程是否分配完成
{
flag1=comp（request,Avalible,N,r1）;//flag1
flag2=comp（request,Need[pn],N,r2）;//flag2
if（flag1==1&&flag2==1）
{
printf（"callforrequestavailible"）;//显示需求有效
dec（Avalible,request,N）;//Avalible-request,指针形式，下2同
dec（Need[pn],request,N）;//Need-request
add（Allocation[pn],request,N,r3）;//Allocation+request
disp（）;
if（safe（）==1）
{
if（check（Allocation[pn],Max[pn],N）==1）
{
add（Avalible,Allocation[pn],N,0）;
finish[pn]=1;
}
return1;
}
else
return0;
}
}
else
printf（"theresoucehaveassingned\n"）;
}
intmain（）
{inti,j,s_flag;
charc,s;
intav[N],s_ll[M][N];
for（i=0;i{finish[i]=-1;}
srand（time（NULL））;
for（i=0;ifor（j=0;j{Allocation[i][j]=rand（）%10;
Need[i][j]=rand（）%10;
Max[i][j]=Allocation[i][j]+Need[i][j];
}
for（i=0;i{Avalible[i]=rand（）%12;}
disp（）;s_flag=safe（）;
if（s_flag==1）
{printf（"requestresource---（Y/N）\n"）;
c=getchar（）;
if（c=='Y'||c=='y'）
{
N1:
printf（"1---------randomrequestresouce\n"）;
printf（"2---------requestresoucebyman\n"）;
grand（av,Avalible,N）;//保存原始的available的值
for（i=0;i{
grand（s_ll[i],Allocation[i],N）;}//grand函数为分配资源函数
getchar（）;
Mnu:
s=getchar（）;
switch（s）//进行分配选择
{
case'1':
if（ran_request（）==1）//ran_request（）随机请求资源
{
printf（"continuerequest（Y/N）\n"）;
getchar（）;c=getchar（）;
if（c=='Y'||c=='y'）
gotoN1;}
else
{
grand（Avalible,av,N）;
for（i=0;igrand（Allocation[i],s_ll[i],N）;}
//grand（int*a,int*b,intn）/为分配资源函数，b按n大小赋值于a
break;
case'2':
if（request（）==1）//--request（）手动申请资源
{
printf（"continuerequest（Y/N）\n"）;
getchar（）;c=getchar（）;
if（c=='Y'||c=='y'）
gotoN1;}
else
{
grand（Avalible,av,N）;//grand（int*a,int*b,intn）
//为分配资源函数，b按n大小赋值于a
for（i=0;igrand（Allocation[i],s_ll[i],N）;}
break;
default:
printf（"inputerror,pleaseinputagin...\n"）;gotoMnu;
}}
if（c=='N'||c=='n'）
printf（"Thankforyouruse....\n"）;}
return0;}
六、总结
通过这次的课程设计，我了解掌握了银行家算法，学会模拟实现资源分配，同时通过编写和调试一个系统分配资源的简单模拟程序，观察到了死锁产生的条件，并使用适当的算法，有效的防止和避免死锁的发生。
虽然操作系统是以前学的，再接触时遗忘了许多，但是通过老师的讲解，同学的帮助，自己也仔细地看了这次课程设计的实验指导，捡回了许多东西，对于银行家算法的设计、编写的思路变得清晰。
通过几天反复的阅读实验指导，仔细的思考出现的问题，反复推敲、测试与修改，终于能完满的完成课程设计任务。
课程设计的时间虽然不长，但带了给我知识，也带给了我战胜困难、完成任务的欢乐。
希望以后有更多的机会接触这类的课程设计。
课程设计成绩:
项目
业务考核成绩（70%）
（百分制记分）
平时成绩（30%）
（百分制记分）
综合总成绩
（百分制记分）
注:
教师按学生实际成绩（平时成绩和业务考核成绩）登记并录入教务MIS系统，由系统自动转化为“优秀（90～100分）、良好（80～89分）、中等（70～79分）、及格（60～69分）和不及格（60分以下）”五等。
指导教师评语:
指导教师（签名）:
20年月日
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