银行家算法详细设计.doc

贵州大学计算机科学与技术学院课程设计报告指导教师：马丹辅导教师：詹颖学号：_ 0508312013_姓名： 陈小荣班级： 计 科 0508312013_学期：2006至2007学年 2 学期目录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2、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： 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 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（n m）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 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 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 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(1in），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 (j i )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= MAXi,j ALLOCATIONi,j4、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= NEEDcusneedi，则转(2)；否则，出错。(2)如果REQUEST cusneed i= AVAILABLEcusneedi，则转(3)；否则，出错。(3)系统试探分配资源，修改相关数据： AVAILABLEi-=REQUESTcusneedi; ALLOCATIONcusneedi+=REQUESTcusneedi; NEEDcusneedi-=REQUESTcusneedi;(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;GOTO 2(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#include using namespace std;#define MAXPROCESS 50 /*最大进程数*/#define MAXRESOURCE 100 /*最大资源数*/int AVAILABLEMAXRESOURCE; /*可用资源数组*/int MAXMAXPROCESSMAXRESOURCE; /*最大需求矩阵*/int ALLOCATIONMAXPROCESSMAXRESOURCE; /*分配矩阵*/int NEEDMAXPROCESSMAXRESOURCE; /*需求矩阵*/int REQUESTMAXPROCESSMAXRESOURCE; /*进程需要资源数*/bool FINISHMAXPROCESS; /*系统是否有足够的资源分配*/int pMAXPROCESS; /*记录序列*/int m,n; /*m个进程,n个资源*/void Init();bool Safe();void Bank();int main() Init(); Safe(); Bank();void Init() /*初始化算法*/ int i,j; coutt-endl; coutt| |endl; coutt| 银行家算法 |endl; coutt| |endl; coutt| 计科软件0508312013陈小荣 |endl; coutt| |endl; coutt| 0415084211 |endl; coutt-endl; coutm; coutn; 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;jMAXij; 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;jALLOCATIONij; NEEDij=MAXij-ALLOCATIONij; if(NEEDij0) 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;iAVAILABLEi; void Bank() /*银行家算法*/ int i,cusneed; char again; 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)cusneed; cout请输入进程所请求的各资源的数量endl; for(i=0;iREQUESTcusneedi; for(i=0;iNEEDcusneedi) cout您输入的请求数超过进程的需求量!请重新输入!AVAILABLEi) 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+) AVAILABLEi-=REQUESTcusneedi; ALLOCATIONcusneedi+=REQUESTcusneedi; NEEDcusneedi-=REQUESTcusneedi; 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+) AVAILABLEi+=REQUESTcusneedi; ALLOCATIONcusneedi-=REQUESTcusneedi; NEEDcusneedi+=REQUESTcusneedi; for(i=0;im;i+) FINISHi=false; cout您还想再次请求分配吗?是请按y/Y,否请按其它键again; if(again=y|again=Y) continue; break; bool Safe() /*安全性算法*/ int i,j,k,l=0; int WorkMAXRESOURCE; /*工作数组*/ for(i=0;in;i+) Worki=AVAILABLEi; for(i=0;im;i+) FINISHi=false; for(i=0;im;i+) if(FINISHi=true) continue; else for(j=0;jWorkj) break; if(j=n) FINISHi=true; for(k=0;kn;k+) Workk+=ALLOCATIONik; pl+=i; i=-1; else continue; if(l=m) cout系统是安全的endl; cout安全序列:endl; for(i=0;il;i+) coutpi; if(i!=l-1) cout; coutendl; return true; cout系统是不安全的1- 3状态b不安全，只剩1