基于linux的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的信號(hào)量互斥申請(qǐng)操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　說 明 書</b></p><p>　　2013 年 11月 6 日</p><p><b>　　1 需求分析</b></p><p>　　基于Linux的進(jìn)程同步與通信的模擬實(shí)現(xiàn)需要完成以下功

2、能:</p><p>　　（1）創(chuàng)建進(jìn)程：手動(dòng)創(chuàng)建幾個(gè)進(jìn)程，或者隨即創(chuàng)建幾個(gè)進(jìn)程，都在界面上完成；要求包括進(jìn)程的名稱（不能重復(fù)）、執(zhí)行時(shí)間和申請(qǐng)資源的等待時(shí)間等。在同一時(shí)刻可能有多個(gè)進(jìn)行在內(nèi)存申請(qǐng)某資源，即可以輸入多個(gè)進(jìn)程的資源申請(qǐng)。</p><p>　?。?）3類臨界資源的管理，包括申請(qǐng)以及分配等。分別通過信號(hào)量實(shí)現(xiàn)或者管程實(shí)現(xiàn)。 </p><p>　?。?

3、）銀行家算法，判斷是否可以進(jìn)行資源的分配。</p><p>　　基于以上的功能，可以使用戶選擇操作，模擬臨界資源的管理和銀行家算法。</p><p>　　目的：實(shí)現(xiàn)臨界資源的管理及死鎖的避免。</p><p><b>　　總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　進(jìn)程同步與模擬實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分為4個(gè)模塊：輸入輸出，進(jìn)程對(duì)資源的隨機(jī)

4、申請(qǐng)及分配，臨界資源管理，銀行家算法避免死鎖。</p><p>　　輸入輸出：包括系統(tǒng)運(yùn)行所需要的進(jìn)程的名稱，執(zhí)行時(shí)間，申請(qǐng)資源的等待時(shí)間，進(jìn)程對(duì)資源的需要量等信息以及系統(tǒng)所要顯示出的進(jìn)程的創(chuàng)建信息，資源的分配信息，進(jìn)行執(zhí)行信息，進(jìn)行動(dòng)態(tài)申請(qǐng)資源信息等。</p><p>　　進(jìn)程對(duì)資源的隨機(jī)申請(qǐng)及分配：根據(jù)所輸入的進(jìn)程、資源、以及進(jìn)程對(duì)資源的最大申請(qǐng)情況，隨機(jī)產(chǎn)生進(jìn)程當(dāng)前對(duì)資源的申請(qǐng)，輸出

5、相應(yīng)的分配信息與進(jìn)程執(zhí)行信息并調(diào)用銀行家算法對(duì)進(jìn)程的資源申請(qǐng)進(jìn)行判斷。</p><p>　　臨界資源的管理：創(chuàng)建相應(yīng)個(gè)數(shù)的進(jìn)程，完成進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行，使用互斥信號(hào)量使各進(jìn)程互斥的進(jìn)入各自的臨界區(qū)對(duì)資源進(jìn)行申請(qǐng)，進(jìn)程執(zhí)行完畢后，互斥的對(duì)資源進(jìn)行恢復(fù)。</p><p>　　銀行家算法避免死鎖：對(duì)當(dāng)前進(jìn)程對(duì)資源的申請(qǐng)利用銀行家算法進(jìn)行判斷，看系統(tǒng)分配后是否處于安全狀態(tài)，若處于安全狀態(tài)，則將資源分配

6、給進(jìn)程，并輸出分配信息，否則對(duì)不予以分配。</p><p><b>　　3．詳細(xì)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在該系統(tǒng)中我主要實(shí)現(xiàn)了銀行家算法中隨機(jī)分配的模塊,該模塊中主要使用了數(shù)組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).</p><p>　　3.1隨機(jī)分配算法：</p><p>　　3.1.1首先：定義了一個(gè)結(jié)構(gòu)體y其中放置了Max數(shù)組中申請(qǐng)

7、資源量大于0的資源。（包括進(jìn)程下標(biāo)，資源下標(biāo)，進(jìn)程是否對(duì)資源申請(qǐng)過的信號(hào)量，該資源是否已經(jīng)被申請(qǐng)完的信號(hào)量）。再定義一個(gè)數(shù)組col[]。用來存放第m個(gè)進(jìn)程中過濾（去除申請(qǐng)資源量為0）的資源數(shù)。</p><p>　　3.1.2 （1）遍歷Max數(shù)組對(duì)二維Y數(shù)組和一維col數(shù)組進(jìn)行初始化：生成一個(gè)去除了申請(qǐng)量為0的新的二維結(jié)構(gòu)體數(shù)組（記錄有進(jìn)程下標(biāo)和資源下標(biāo)）。col中放置新的Y數(shù)組對(duì)應(yīng)的信息（每個(gè)進(jìn)程申請(qǐng)資源數(shù)）。

8、</p><p>　　還可以進(jìn)行遍歷，篩選并記錄各進(jìn)程對(duì)所有資源的最大申請(qǐng)量大于0的元素信息3.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)</p><p>　　struct zy {</p><p>　　char type; //資源的名稱</p><p>　　int n; //資源的數(shù)量</p><p><b>　　};</b>

9、;</p><p>　　struct jc {</p><p>　　char name; //名稱</p><p>　　int runtime; //執(zhí)行時(shí)間</p><p>　　int waittime; //等待時(shí)間</p><p>　　int typenum; //進(jìn)程所申請(qǐng)的資源數(shù)</p><

10、;p>　　struct zy r[5]; //所申請(qǐng)資源的信息</p><p><b>　　};</b></p><p>　　struct y {</p><p>　　int flag; //標(biāo)志，0：未出現(xiàn)過的資源，（進(jìn)程a申請(qǐng)資源B 1個(gè)資源B 1個(gè)）1：該資源已申請(qǐng)</p><p>　　int index;

11、//資源下標(biāo)</p><p>　　int tr; //進(jìn)程的下標(biāo)</p><p>　　int flag1; //1：該資源不能再申請(qǐng)；0：該資源還可以申請(qǐng)</p><p>　　} Y[10][NUM];</p><p>　　struct jc JC[5];</p><p>　　struct zy ZY[NUM]; //

12、每種資源的名稱及數(shù)量</p><p><b>　　3.3核心代碼</b></p><p>　　//對(duì)整個(gè)二維數(shù)組Y進(jìn)行遍歷</p><p>　　int judge_pro(int m, int p[10]) {</p><p><b>　　int i, j;</b></p><p

13、>　　for (i = 0; i < m; i++) {</p><p>　　for (j = 0; j < p[i]; j++) {</p><p>　　if (!(Y[i][j].flag1)) {</p><p><b>　　return 1;</b></p><p>　　} //只要有1個(gè)進(jìn)程的

14、1種資源未申請(qǐng)完，則返回1</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　return 0; //僅當(dāng)所有進(jìn)程對(duì)資源的申請(qǐng)都達(dá)到所需量時(shí)才返回0</p><p><b>　　}</b></p><p>

15、;　　//對(duì)二維數(shù)組中的某一行（對(duì)應(yīng)某種進(jìn)程）進(jìn)行遍歷</p><p>　　int panduan1(int tr, int p[10]) {</p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　for (i = 0; i < p[tr]; i++) {</p><p>　　if (!(Y[tr]

16、[i].flag1))</p><p>　　return 0; //該進(jìn)程只要有1個(gè)資源未申請(qǐng)完，則返回0</p><p><b>　　}</b></p><p>　　return 1; //僅當(dāng)該進(jìn)程所有資源都申請(qǐng)完時(shí)返回1</p><p><b>　　}</b></p><p

17、>　　//產(chǎn)生隨機(jī)進(jìn)程和進(jìn)程所申請(qǐng)的資源，并調(diào)用銀行家算法</p><p>　　int ra() {</p><p>　　int col[10];</p><p>　　int i, j, k = 0, w = 0, m = 0, n = 0, q = 0; //k記錄最大需求矩陣中數(shù)目不為0的元素個(gè)數(shù)</p><p>　　printf(

18、"\n");</p><p>　　if (u == 0 || a == 0) {</p><p>　　printf("請(qǐng)先輸入信息！\n");</p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p>

19、<p>　　//對(duì)Max數(shù)組進(jìn)行遍歷，篩選并記錄各進(jìn)程對(duì)所有資源的最大申請(qǐng)量大于0的元素信息</p><p>　　for (i = 0; i < u; i++) {</p><p>　　for (j = 0; j < a; j++) {</p><p>　　if (Max[i][j]) {</p><p>　　Y[m]

20、[n].index = j; //index記錄資源下標(biāo)</p><p>　　Y[m][n].tr = i; //tr記錄進(jìn)程下標(biāo)</p><p>　　Y[m][n].flag = 0; //flag=1：所記錄的資源已申請(qǐng)過，flag=0:所記錄的資源尚未申請(qǐng)</p><p>　　Y[m][n].flag1 = 0; //flag1=1：進(jìn)程對(duì)該資源的申請(qǐng)已達(dá)到所

21、需量，flag=0:還未達(dá)到所需量</p><p><b>　　n++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　col[m] = n; //數(shù)組col記錄二維數(shù)組Y的每一行的列數(shù)</p><

22、;p>　　n = 0; //對(duì)n進(jìn)行恢復(fù)，以便下次循環(huán)</p><p><b>　　m++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//只要有資源未申請(qǐng)完就執(zhí)行循環(huán)</p><p>　　while (judge_pro(m, col)) {</p>

23、<p>　　int _one = 0;</p><p><b>　　int tr;</b></p><p>　　//若該進(jìn)程所有資源都申請(qǐng)完，則執(zhí)行循環(huán)</p><p><b>　　do {</b></p><p>　　tr = rand() % m;</p><p&g

24、t;　　} while (panduan1(tr, col)); //</p><p>　　printf("%c進(jìn)程申請(qǐng)\n", JC[Y[tr][0].tr].name);</p><p>　　int x = col[tr];</p><p>　　//若有資源申請(qǐng)完，則使x減1</p><p>　　for (i = 0;

25、 i < col[tr]; i++) { //處理函數(shù).</p><p>　　if (Y[tr][i].flag1)</p><p><b>　　x--;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//用x保證循環(huán)次數(shù)，使該進(jìn)程隨機(jī)產(chǎn)生對(duì)各資源的申請(qǐng)量</p&g

26、t;<p>　　for (i = 0; i < x; i++) {</p><p>　　//該進(jìn)程對(duì)當(dāng)前資源</p><p><b>　　do {</b></p><p>　　j = rand() % (col[tr]); //j表示Y[][]的第tr行的資源下標(biāo)</p><p>　　while (_

27、one == j) {</p><p>　　j = rand() % (col[tr]); //j表示Y[][]的第tr行的資源下標(biāo)</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　_one = j;</b></p><p>　　} while (Y[tr][j].flag &a

28、mp;& Y[tr][j].flag1);</p><p><b>　　/*</b></p><p>　　flag=0;flag1=0代表當(dāng)前資源既沒申請(qǐng)過也沒申請(qǐng)完</p><p>　　flag=1;flag1=0代表當(dāng)前資源已申請(qǐng)過，但沒申請(qǐng)完</p><p>　　flag=0;flag1=1代表當(dāng)前資源沒申

29、請(qǐng)過，但申請(qǐng)完（不存在這種可能）</p><p>　　flag=1;flag1=1代表當(dāng)前資源已申請(qǐng)過，同時(shí)申請(qǐng)完</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　Y[tr][j].flag = 1; //改進(jìn)程的當(dāng)前資源標(biāo)志為已申請(qǐng)過</p><p>　　printf("%c資源",

30、ZY[Y[tr][j].index].type);</p><p><b>　　w = 1</b></p><p><b>　　+ rand()</b></p><p>　　% (Max[tr][Y[tr][j].index]</p><p>　　- Allocation[tr][Y[tr][j].

31、index]);</p><p>　　printf("%d個(gè)", w);</p><p>　　Request[Y[tr][0].tr][Y[tr][j].index] = w; //將申請(qǐng)的資源信息賦給Request數(shù)組</p><p><b>　　}</b></p><p>　　printf(&qu

32、ot;\n");</p><p>　　request(Y[tr][0].tr, col[tr], tr); //調(diào)用銀行家算法</p><p>　　if (panduan1(tr, col)) {</p><p>　　printf("進(jìn)程%c已執(zhí)行完畢！", JC[Y[tr][0].tr].name);</p><p

33、><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//所有進(jìn)程執(zhí)行完成后，對(duì)資源數(shù)目進(jìn)行恢復(fù)</p><p>　　if (!(judge_pro(m, col))) {</p><p>　　for (i = 0; i < a; i++) {</p

34、><p>　　Allocation[j][i] = 0;</p><p>　　Need[j][i] = Max[j][i] - Allocation[j][i];</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　

35、　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　3.4運(yùn)行結(jié)果</b></p><p><b>　　圖3.4.1</b></p><p><b>　　圖3.4.2</b></p>

36、<p><b>　　圖3.4.3</b></p><p><b>　　圖3.4.4</b></p><p><b>　　圖3.4.5</b></p><p><b>　　圖3.4.6</b></p><p><b>　　圖3.4.7&l

37、t;/b></p><p><b>　　圖3.4.8</b></p><p><b>　　圖3.4.9</b></p><p><b>　　圖3.4.10</b></p><p><b>　　圖3.4.11</b></p><p&

38、gt;<b>　　4.心得體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過這次的操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，讓我經(jīng)歷了一次有意義的項(xiàng)目開發(fā)過程，讓我了解了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，起初我們只是在不停的各干各的，發(fā)現(xiàn)根本不可能完成預(yù)期的任務(wù)，后來我們坐下來討論了系統(tǒng)的功能，然后各司其職，發(fā)現(xiàn)效果真的不一樣，雖然在這兩周的時(shí)間里我們做了很多，中間也遇到了一些問題，比如說臨界資源管理模塊和銀行家模塊怎樣結(jié)合起來，起初是將兩個(gè)