操作系統(tǒng)課程設計

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文檔簡介

1、　　操作系統(tǒng)課程設計報告 　　1、概述　　一、設計目的　　1.對死鎖避免中的銀行家算法作進一步理解。　　2.加深理解死鎖的概念。

2、3.加深理解安全序列和安全狀態(tài)的概念。　　4.通過編寫和調(diào)試一個系統(tǒng)動態(tài)分配資源的簡單模擬程序，觀察死鎖產(chǎn)生的條件，并采用適當?shù)乃惴?，有效地防止和避免死鎖地發(fā)生。　　二、開發(fā)環(huán)境操作系統(tǒng) Windows xp　　編譯環(huán)境 VC++6.0<p&g

3、t;　　生成文件銀行家算法.cpp　　2、需求分析　　一、死鎖概念：　　是指兩個或兩個以上的進程在執(zhí)行過程中,因爭奪資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象,若無外力作用,它們都將無法推進下去.此時稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生了死

4、鎖,這些永遠在互相等待的進程稱為死鎖進程.　　由于資源占用是互斥的，當某個進程提出申請資源后，使得有關進程在無外力協(xié)助下，永遠分配不到必需的資源而無法繼續(xù)運行，這就產(chǎn)生了死鎖。　　二、關于死鎖的一些結(jié)論：　　1.參與死鎖的進程最少是兩個（兩個以上進程才會出現(xiàn)死鎖） 　　2.參與死鎖的進程至少有兩個已經(jīng)占有資源

5、　　3.參與死鎖的所有進程都在等待資源 　　4.參與死鎖的進程是當前系統(tǒng)中所有進程的子集 　　如果死鎖發(fā)生，會浪費大量系統(tǒng)資源，甚至導致系統(tǒng)崩潰。 　　資源分類：　　永久性資

6、源： 　　可以被多個進程多次使用（可再用資源） 　　1）可搶占資源 　　2）不可搶占資源 　　臨時性資源：　　只

7、可使用一次的資源；如信號量,中斷信號，同步信號等（可消耗性資源） 　　“申請--分配--使用--釋放”模式 　　產(chǎn)生死鎖的四個必要條件：　　1、互斥使用（資源獨占） 　　一個資源每次只能給一個進程使用 　　2、不可強占（不可剝奪）

8、 　　資源申請者不能強行的從資源占有者手中奪取資源，資源只能由占有者自愿釋放 　　3、請求和保持（部分分配，占有申請） 　　一個進程在申請新的資源的同時保持對原有資源的占有（只有這樣才是動態(tài)申請，動態(tài)分配） 　　4、循環(huán)等待 <

9、/p>　　存在一個進程等待隊列 {P1 , P2 , … , Pn}, 其中P1等待P2占有的資源，P2等待P3占有的資源，…，Pn等待P1占有的資源，形成一個進程等待環(huán)路。　　死鎖的解決方案　　5.1產(chǎn)生死鎖的例子 　　申請不同類型

10、資源產(chǎn)生死鎖 　　P1： 　　… 　　申請打印機 　　申請掃描儀 <b&

11、gt;　　使用 　　釋放打印機 　　釋放掃描儀 　　… 　　P2： <

12、p>　　… 　　申請掃描儀 　　申請打印機 　　使用 　　釋放打印機 <

13、;/p>　　釋放掃描儀 　　… 　　申請同類資源產(chǎn)生死鎖（如內(nèi)存） 　　設有資源R，R有m個分配單位，由n個進程P1,P2,…,Pn（n > m）共享。假設每個進程對R的申請和釋放符合下列原則： <

14、/p>　　* 一次只能申請一個單位 　　* 滿足總申請后才能使用 　　* 使用完后一次性釋放 　　m=2，n=3 　　資源分配不當導致死鎖產(chǎn)生

15、5.2死鎖預防:　　摒棄“請求和保持”　　摒棄“不剝奪”條件　　摒棄“環(huán)路等待”　　5.3安全狀態(tài)與不安全狀態(tài) ：

16、　　安全狀態(tài) :如果操作系統(tǒng)能保證所有的進程在有限的時間內(nèi)得到需要的全部資源，則稱系統(tǒng)處于“安全狀態(tài)”。　　3、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設計　　一、可利用資源向量矩陣AVAILABLE。這是一個含有M個元素的數(shù)組，其中的每一個元素代表一類可利用的資源數(shù)目，其初始值是系統(tǒng)中所配置的該類全部可用資源的數(shù)目，其數(shù)

17、值隨該類資源的分配和回收而動態(tài)地改變。如果AVAILABLE [j]= K，則表示系統(tǒng)中現(xiàn)有R類資源K個　　二、最大需求矩陣MAX。這是一個N*M的矩陣，用以表示每一個進程對M類資源的最大需求。如果MAX [i,j]=K，則表示進程I需要R類資源的數(shù)目為K。　　三、分配矩陣ALLOCATION。這也是一個N*M的矩陣，它定義了系統(tǒng)中每一類資源當前已分配給

18、每一進程的資源數(shù)。如果ALLOCATION [i,j]=K，則表示進程i當前已分得R類資源的數(shù)目為K。　　四、需求矩陣NEED。這也是一個n*m的矩陣，用以表示每一個進程尚需的各類資源數(shù)。如果NEED [i,j]=K，則表示進程i還需要R類資源K個，才能完成其任務。上述矩陣存在下述關系：　　NEED [i,j]= MAX[i,j]﹣ AL

19、LOCATION[i,j] 4、算法的實現(xiàn)　　初始化　　由用戶輸入數(shù)據(jù)，分別對可利用資源向量矩陣AVAILABLE、最大需求矩陣MAX、分配矩陣ALLOCATION、需求矩陣NEED賦值。　　銀行家算法

20、　　在避免死鎖的方法中，所施加的限制條件較弱，有可能獲得令人滿意的系統(tǒng)性能。在該方法中把系統(tǒng)的狀態(tài)分為安全狀態(tài)和不安全狀態(tài)，只要能使系統(tǒng)始終都處于安全狀態(tài)，便可以避免發(fā)生死鎖。　　銀行家算法的基本思想是分配資源之前,判斷系統(tǒng)是否是安全的;若是,才分配。它是最具有代表性的避免死鎖的算法。　　設進程cusneed提出請求REQUEST

21、[i]，則銀行家算法按如下規(guī)則進行判斷。　　(1)如果REQUEST [cusneed] [i]<= NEED[cusneed][i]，則轉(zhuǎn)(2)；否則，出錯。　　(2)如果REQUEST [cusneed] [i]<= AVAILABLE[cusneed][i]，則轉(zhuǎn)(3)；否則，出錯。　　(3)系

22、統(tǒng)試探分配資源，修改相關數(shù)據(jù)：　　AVAILABLE[i]-=REQUEST[cusneed][i];　　ALLOCATION[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];　　NEED[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];

23、;　　(4)系統(tǒng)執(zhí)行安全性檢查，如安全，則分配成立；否則試探險性分配作廢，系統(tǒng)恢復原狀，進程等待。　　三、安全性檢查算法　　(1)設置兩個工作向量Work=AVAILABLE;FINISH　　(2)從進程集合中找到一個滿足下述條件的進程，<p&g

24、t;　　FINISH==false;　　NEED<=Work;　　如找到，執(zhí)行(3)；否則，執(zhí)行(4)　　(3)設進程獲得資源，可順利執(zhí)行，直至完成，從而釋放資源。　　Work+=ALLOCATION;　　Finish=tr

25、ue;　　GOTO 2　　(4)如所有的進程Finish= true，則表示安全；否則系統(tǒng)不安全。　　四、各算法流程圖 　　初始化算法流程圖：</p&g

26、t;　　銀行家算法流程圖：　　源程序清單　　#include "iostream.h"　　int main(int argc, char* argv[])

27、　　{　　int I,J,i,i1,j,n,sign;　　int avail[10],max[10][10],alloc[10][10],need[10][10],requ[10][10],work[10],finish[10];　　cout<<"請輸入

28、進程數(shù)和資源數(shù)，以空格分開:";　　cin>>I>>J;　　for(i=0;i<I;i++)　　{　　for(j=0;j<J;j++)<b&

29、gt;　　{　　cout<<"請輸入進程"<<i<<"對資源"<<j<<"的最大需求量：";　　cin>>max[i][j]; /*初始化max*/<

30、b>　　}　　}　　for(i=0;i<I;i++)　　{　　for(j=0;j<J;j++)

31、{　　cout<<"請輸入進程"<<i<<"已分配到資源"<<j<<"的數(shù)量：";　　cin>>alloc[i][j]; /*初始化alloc*/<b&g

32、t;　　}　　}　　for(i=0;i<I;i++)　　{　　for(j=0;j<J;j++)　　{&l

33、t;/b>　　cout<<"請輸入進程"<<i<<"還需要資源"<<j<<"的數(shù)量：";　　cin>>need[i][j]; /*初始化need*/　　}

34、　　}　　for(j=0;j<J;j++)　　{　　cout<<"資源"<<j<<"可利用數(shù)量：&quo

35、t;;　　cin>>avail[j]; /*初始化avail*/　　}　　/*************用安全性算法判斷系統(tǒng)初始化后的當前狀態(tài)是否安全 START ************/　　for(j=0;j&

36、lt;J;j++)　　{　　work[j]=avail[j];　　}　　for(i=0;i<I;i++)　　{

37、　　finish[i]=0; /*設置兩個工作向量*/　　}　　A1:for(i=0;i<I;i++)　　{　　sign=1;

38、 /*sign==1表示need<=work*/　　for(j=0;j<J;j++)　　{　　if(need[i][j]>work[j])　　{</p&g

39、t;　　sign=0;　　} 　　}　　if(finish[i]==0&&sign==1)

40、{　　for(j=0;j<J;j++)　　{　　work[j]=work[j]+alloc[i][j];　　}　　finish[

41、i]=1; /*設置finish向量*/ 　　cout<<"P"<<i<<endl; /*輸出安全序列*/　　goto A1;　　}</p&

42、gt;　　}　　sign=1; /*判斷系統(tǒng)狀態(tài)是否安全*/　　for(i=0;i<I;i++) 　　{　　if(finish[i]==0)</p&g

43、t;　　sign=0; 　　}　　if(sign==0)　　{　　cout<<"當前系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)."<<en

44、dl; 　　}　　else　　{　　cout<<"當前系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，可以接受資源請求."<<endl;

45、 　　}　　/*************用安全性算法判斷系統(tǒng)初始化后的當前狀態(tài)是否安全 END ************/　　/***********************設置請求向量 START ***********************/</p&g

46、t;　　S:cout<<"請輸入請求資源的進程的進程號：";　　cin>>i; i1=i;　　for(j=0;j<J;j++)　　{　　cout<&l

47、t;"請輸入進程"<<i<<"請求的資源"<<j<<"的數(shù)量：";　　cin>>requ[i][j];/*進程請求資源*/　　}　　for(j=0;j&

48、lt;J;j++)　　{　　if(requ[i][j]>need[i][j])　　{　　cout<<"錯誤！請求數(shù)超過需要數(shù)！"<<endl;&l

49、t;/p>　　goto S;　　}　　}　　for(j=0;j<J;j++)　　{&l

50、t;/p>　　if(requ[i][j]>avail[j])　　{　　cout<<"可利用資源不足，無法分配。"<<endl;　　goto S;</p&g

51、t;　　}　　}　　/***********************設置請求向量 END ***********************/　　for(j=0;j<J;j++)<p&

52、gt;　　{　　avail[j]=avail[j]-requ[i][j]; /*系統(tǒng)嘗試分配資源*/　　alloc[i][j]=alloc[i][j]+requ[i][j];　　need[i][j]=need[i][j]-requ[i][j];</

53、p>　　}　　/*************************安全性算法START****************************/　　for(j=0;j<J;j++)　　{

54、;　　work[j]=avail[j];　　}　　for(i=0;i<I;i++)　　{　　finish[i]=0; /*設置兩個工作向量*/</

55、p>　　}　　A2:for(i=0;i<I;i++)　　{　　sign=1; /*sign==1表示need<=work*/　　fo

56、r(j=0;j<J;j++)　　{　　if(need[i][j]>work[j])　　{　　sign=0;

57、;　　} 　　}　　if(finish[i]==0&&sign==1)　　{　　for(j=0;j<J;j++)</p&g

58、t;　　{　　work[j]=work[j]+alloc[i][j];　　}　　finish[i]=1; /*設置finish向量*/ 　　co

59、ut<<"P"<<i<<endl; /*輸出安全序列*/　　goto A2;　　}　　}<

60、b>　　sign=1;　　for(i=0;i<I;i++)　　{　　if(finish[i]==0)　　sign=0; /*判斷系統(tǒng)狀態(tài)是否安全*/<p&

61、gt;　　}　　if(sign==0)　　{　　cout<<"不安全，系統(tǒng)已收回嘗試分配的資源！"<<endl; /*若不安全，不予分配，并將數(shù)據(jù)修改回原來的值*/

62、　　for(j=0;j<J;j++) 　　{　　avail[j]=avail[j]+requ[i1][j];　　alloc[i1][j]=alloc[i1][j]-requ[i1][j];<p&g

63、t;　　need[i1][j]=need[i1][j]+requ[i1][j];　　}　　goto S;　　}　　else

64、;　　{　　cout<<"安全，可以分配."<<endl; /*若安全，則可以分配*/　　goto S;　　}</b

65、>　　/*************************安全性算法END****************************/　　return 0;　　}　　5、結(jié)束

66、語 　　心得與體會：銀行家算法是避免死鎖的一種重要方法，通過編寫一個簡單的銀行家算法程序，加深了解有關資源申請、避免死鎖等概念，并體會和了解死鎖和避免死鎖的具體實施方法。銀行家算法是為了使系統(tǒng)保持安全狀態(tài)。我們可以把操作系統(tǒng)看作是銀行家，操作系統(tǒng)管理的資源相當于銀行家管理的資金，進程向操作系統(tǒng)請求分配資源相當于用戶向銀行家貸款。操作系統(tǒng)按照銀行家制定的規(guī)則為進程分配資源，當進

67、程首次申請資源時，要測試該進程對資源的最大需求量，如果系統(tǒng)現(xiàn)存的資源可以滿足它的最大需求量則按當前的申請量分配資源，否則就推遲分配。當進程在執(zhí)行中繼續(xù)申請資源時，先測試該進程已占用的資源數(shù)與本次申請的資源數(shù)之和是否超過了該進程對資源的最大需求量。若超過則拒絕分配資源，若沒有超過則再測試系統(tǒng)現(xiàn)存的資源能否滿足該進程尚需的最大資源量，若能滿足則按當前的申請量分配資源，否則也要推遲分配。 　　死鎖的產(chǎn)

68、生，必須同時滿足四個條件，即一個資源每次只能由一個進程占有；第二個為等待條件，即一個進程請求資源不能滿足時，它必須等待，單它仍繼續(xù)寶石已得到的所有其他資源；第三個為非剝奪條件，即在出現(xiàn)死鎖的系統(tǒng)中一定有不可剝奪使用的資源；第四個為循環(huán)等待條件，系統(tǒng)中存在若干個循環(huán)等待的進程，即其中每一個進程分別等待它前一個進程所持有的資源。防止死鎖的機構(gòu)只能確保上述四個條件之一不出現(xiàn)，則系統(tǒng)就不會發(fā)生死鎖。通過這個算法可以用來解決生活中的實際問題，如銀

69、行貸款等。　　銀行家算法能保證系統(tǒng)時時刻刻都處于安全狀態(tài)，但它要不斷檢測每個進程對各類資源的占用和申請情況，需花費較多的時間。　　經(jīng)過這次設計，讓我基明白了銀行家算法的基本原理，加深了對課堂上知識的理解，也懂得了如何讓銀行家算法實現(xiàn)。　　實例：<

70、p>　?。?）下列狀態(tài)是否安全？(三個進程共享12個同類資源)　　進程已分配資源數(shù)

71、; 最大需求數(shù)　　1

72、0; 1 &

73、#160; 4

74、0; (狀態(tài)a)　　2

75、60; 4

76、 4　　3

77、60; 5

78、 8　　1

79、60; 1

80、

81、0; 4 (狀態(tài)b)　　2 &#

82、160; 4

83、; 6　　3 &#

84、160; 6

85、;

86、60;8　　狀態(tài)a安全，序列為：2-->1--> 3　　狀態(tài)b不安全，只剩1個可用資源，收不回已分配資源。　?。?）考慮下列系統(tǒng)狀態(tài)　　分配矩陣

87、0; 最大需求矩陣 &#

88、160; 可用資源矩陣　　0 0 1 2 &#

89、160; 0 0 1 2&

90、#160; 1 5

91、60; 2 0　　1 0 0 0 &#

92、160; 1 7 5 0　　1 3 5 4

93、; 2 3 5 6　　0 6

94、0;3 2 0

95、;6 5 2　　0 0 1 4

96、60; 0 6 5 6　　問系統(tǒng)是否安全？若安全就給出所有的安全序列。若進程2請求(0420)，可否立即分配？　　答：安全。安全序列為：1-->3-->2--&

97、gt;5-->4。　　若進程2請求(0420)，可立即分配。分配后可用資源為1 1 0 0，回收1進程資源，　　可用資源數(shù)為：1 1 1 2，然后執(zhí)行3-->2-->5-->4序列。　　6、參考文獻　　1、湯子

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