操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)(銀行家算法設(shè)計(jì))

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1、　　《操作系統(tǒng) 》　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告　　系別：信息科學(xué)與技術(shù)系 　　專業(yè)班級(jí)： 　　學(xué)生姓名：

2、 　　指導(dǎo)教師： 　　目錄　　一、課程設(shè)計(jì)目的和意義3　　二、課程設(shè)計(jì)題目描述及算法3　　三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容3</p&g

3、t;　　1.算法描述3　　2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4　　3.主要函數(shù)說(shuō)明4　　4.算法流程圖5　　5.運(yùn)行結(jié)果及說(shuō)明7

4、　　6.附錄清單及分析8　　四、總結(jié)14　　一、課程設(shè)計(jì)目的和意義　　了解掌握銀行家算法，學(xué)會(huì)模擬實(shí)現(xiàn)資源分配，同時(shí)有要求編寫和調(diào)試一個(gè)系統(tǒng)分配資源的簡(jiǎn)單模擬程序，觀察死鎖產(chǎn)生的條件，并使用適當(dāng)?shù)乃惴?，有效的防止和避免死鎖的發(fā)生

5、　　二、課程設(shè)計(jì)題目描述及算法　　題目：銀行家算法設(shè)計(jì)　　設(shè)計(jì)要求：編制銀行家算法通用程序，并檢測(cè)所給狀態(tài)的系統(tǒng)安全性。設(shè)進(jìn)程I提出請(qǐng)求Request[N]，則銀行家算法按如下規(guī)則進(jìn)行判斷。　　(1)如果Request[N]<=NEED[I，N]，則轉(zhuǎn)(2)；否則，出錯(cuò)。</p&g

6、t;　　(2)如果Request[N]<=AVAILABLE，則轉(zhuǎn)(3)；否則，出錯(cuò)。　　(3)系統(tǒng)試探分配資源，修改相關(guān)數(shù)據(jù)：　　AVAILABLE=AVAILABLE-REQUEST　　ALLOCATION=ALLOCATION+REQUEST<p&g

7、t;　　NEED=NEED-REQUEST　　(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(xiǎn)性分配作廢，系統(tǒng)恢復(fù)原狀，進(jìn)程等待。　　上述三個(gè)矩陣存在如下關(guān)系：Need[i,j]= Max[i，j]- Allocation[i，j]　　三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容<

8、b>　　1.算法描述　　設(shè)Request[i] 是進(jìn)程Pi的請(qǐng)求向量，如果Requesti[j]=K,表示進(jìn)程Pi需要K個(gè)Rj類型的資源，當(dāng)Pi發(fā)出資源請(qǐng)求后，系統(tǒng)按下面步驟進(jìn)行檢查：　?。?）如果Requesti[j]<=Need[i,j]，便轉(zhuǎn)向步驟2；否則認(rèn)為出錯(cuò)，因?yàn)樗枰馁Y源數(shù)已超過(guò)它所宣布的最大值。<

9、/p>　?。?）如果Requesti[j]<=Available[j],便轉(zhuǎn)向步驟3；否則，表示尚無(wú)足夠資源，Pi須等待。　?。?）系統(tǒng)試探著把資源分配給進(jìn)程Pi，并修改下面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)值：　　Available[j]:=Available[j]-Requesti[j];　　A

10、llocation[i,j]:=Allocation[i,j]+Requesti[j];　　Need[i,j]:=Need[i,j]-Requesti[j];　?。?）系統(tǒng)執(zhí)行安全性算法，檢查此次資源分配后，系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)。若安全，才正式將資源分配給進(jìn)程Pi，以完成本次分配；否則，將本次的試探分配作廢，恢復(fù)原來(lái)的資源分配狀態(tài)，讓進(jìn)程Pi等待。<

11、;/p>　　2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　　（1）可利用資源向量Available。這是一個(gè)含有n個(gè)元素的數(shù)組，其中的每一個(gè)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)值隨該類資源的分配和回收而動(dòng)態(tài)地改變。如果Available[j]=K,則表示系統(tǒng)中現(xiàn)有Rj類資源K個(gè)。<p&

12、gt;　?。?）最大需求矩陣Max。這是一個(gè)m*n的矩陣，它定義了系統(tǒng)中n個(gè)進(jìn)程中每一個(gè)進(jìn)程對(duì)m類資源的最大需求。如果Max[i,j]=K,則表示進(jìn)程i需要Rj類資源的最大數(shù)目為K。　?。?）分配矩陣Allocation。這也是一個(gè)m*n的矩陣，它定義了系統(tǒng)中每一類資源當(dāng)前已分配給每一進(jìn)程的資源數(shù)。如果Allocation[i,j]=K,則表示進(jìn)程i當(dāng)前已分得Rj類資源的數(shù)目為K。</p&

13、gt;　　（4）需求矩陣Need。這也是一個(gè)n*m的矩陣，用以表示每一個(gè)進(jìn)程尚需的各類資源數(shù)。如果Need[i,j]=K,則表示進(jìn)程i還需要Rj類資源K個(gè)，方能完成其任務(wù)。　　(5) 工作數(shù)組Work.。這是一個(gè)含有n個(gè)元素的數(shù)組，它代表可以提供分配的資源數(shù)，初始值是Available中的數(shù)值，隨著資源的回收，它的值也會(huì)改變，公式是Work[i]=Work[i]+Alloc

14、ation[i]。　　3.主要函數(shù)說(shuō)明　?。?） Main() 主函數(shù)：用來(lái)顯示資源的分配情況和提示信息，同時(shí)用Main函數(shù)來(lái)調(diào)用其它子程序。 　?。?）Safe() 函數(shù)：用來(lái)檢查是否有安全序列，如果存在則返回一個(gè)‘1’給主函數(shù)，否則返回‘0’。&l

15、t;p>　　(3) Disp() 函數(shù)：用來(lái)顯示隨機(jī)生成的資源包括Max、Need、Allocation、Available。　　(4) Request() 函數(shù)：用來(lái)進(jìn)行資源請(qǐng)求，分為手動(dòng)的和隨機(jī)申請(qǐng)。同時(shí)對(duì)申請(qǐng)的資源進(jìn)行判斷，檢查申請(qǐng)是否有效，如果有效則返回一個(gè)‘1’給主函數(shù)，否則返回‘0’。　　4.算法流程圖</b&g

16、t;　　N　　Y　　Y 　　N　　Y&l

17、t;/p>　　Y 　　Y　　Y　　5.運(yùn)行結(jié)果及說(shuō)明　　圖1 不存在安全序列</p&

18、gt;　　隨機(jī)分配完資源后，進(jìn)行安全檢查，在檢查過(guò)程中在屏幕上顯示檢查信息，上圖為資源分配不安全時(shí)顯示的信息。若在程序中不將int i,j,k,h,l;改為int I; 在檢查Available是否滿足Need時(shí)將檢查m*n遍，并存在表達(dá)有歧異，改后就不需要全部檢查，而是Available只要有一個(gè)不滿足Need就停止檢查。　　圖2 存在安全路徑</

19、b>　　存在安全路徑后，在屏幕上顯示變化過(guò)程和安全路徑。提示是否申請(qǐng)資源。　　由上圖可知，進(jìn)程p0最大需要的三種資源數(shù)分別為10 7 9，需求資源數(shù)為4 3 1，當(dāng)前已分配資源數(shù)為6 4 8，可利用資源數(shù)為11 6 11。p1、p2同理。　　三個(gè)矩陣存在如下關(guān)系:Need[i,j]= Max[i，j]- A

20、llocation[i，j]　　process[0]->need[0]　　work[0]=17—已分配資源數(shù)6，可分配資源數(shù)11，則最大分配數(shù)17　　同理work[1]=10 、work[2]=19　　Process[0]->need[1]

21、　　Work[0]=22—已分配資源數(shù)5，可分配17，則總可分配資源數(shù)22　　后面的同理。　　圖3 為申請(qǐng)資源　　選擇1則進(jìn)行隨機(jī)資源分配，選擇2則進(jìn)行手動(dòng)資源分配。<

22、b>　　圖4 手動(dòng)分配　　為保證程序只在選擇的數(shù)為0、1或2時(shí)繼續(xù)進(jìn)行，使用If語(yǔ)句進(jìn)行判斷，不是選擇的這三個(gè)進(jìn)程數(shù)時(shí)終止程序并提示重新輸入。　　圖5 給p0手動(dòng)配后生成的圖形　　與　　圖6 隨機(jī)分配生成的圖

23、形　　比較　　當(dāng)手動(dòng)輸入的數(shù)小于所需資源數(shù)時(shí)，所需數(shù)減小，已分配數(shù)增多，p0原需要4 3 1，手動(dòng)分配1 2 1后，為3 1 0，已分配變?yōu)? 6 9，p1 、p2同理；當(dāng)手動(dòng)資源數(shù)為4 4 2時(shí)，need為0 0 0，但allocation為10 8 11，并不等于10 7 9 ，出現(xiàn)錯(cuò)誤。

24、　　圖7 隨機(jī)分配　　當(dāng)選擇1時(shí)，進(jìn)行隨機(jī)分配，隨機(jī)分配的資源數(shù)為3 2 1，無(wú)法滿足需要，產(chǎn)生錯(cuò)誤。　　6.附錄清單及分析　　#include<stdio.h>

25、　#include <stdlib.h>　　#include<time.h>　　#define M 3　　#define N 3　　int Need[M][N],Allocation[M][N],Avalible[N],Max[M][N],fini

26、sh[N];　　//Need :進(jìn)程需要的資源數(shù)Allocation:進(jìn)程已分配的資源; Avalible:進(jìn)程可供分配的資源　　void display(int *a,int n) //顯示一維數(shù)組　　{ int i;　　for(i=0;i<n;i++)&

27、lt;/p>　　printf("%3d",a[i]);　　}　　void disp() //顯示資源列表　　{ int i;//--原為int i,j,k,h,l，改后Available只要有一個(gè)不滿足Need就停

28、止檢查;　　printf("Nnumber\t Max\t\t need\t\t allocation\t avalible\n");　　for(i=0;i<M;i++)　　{printf("p%d\t",i);//--分別顯示P0,P1,P2的Max,N

29、eed,Allocation,Avalible　　display(Max[i],N);　　printf("\t");　　display(Need[i],N);　　printf("\t");

30、　display(Allocation[i],N);　　printf("\t");　　if(i==0)　　display(Avalible,N);　　printf("\n");

31、;　　} }　　void grand(int *a,int *b,int n) //分配資源　　{ int i;　　for(i=0;i<n;i++)　　a[i]=

32、b[i];　　}　　int check(int *a,int *b,int n) //檢查Allocation是否與Max相等　　{ int i;　　for(i=0;i<n;i+

33、+)　　{if(a[i]<b[i]) return 0;}　　return 1;　　}　　int compare(int *a,int *b,int n) //比較數(shù)組的大小<

34、/p>　　{ int i;　　;//原本為char flag　　for(i=0;i<n;i++)　　{ if (a[i]<b[i])　　return 0;</

35、b>　　}　　return 1;　　}　　int comp(int *a,int *b,int n,int m) //比較數(shù)組</p&

36、gt;　　{int i;　　for(i=0;i<n;i++)　　{ if (a[i]>b[i])　　{ if(m==1)　　printf("request Number%d resouce

37、have an error request overflow avalible[%d]\n",i+1,i);　　if(m==2)　　printf("request Number%d resouce have an error request overflow Need[%d]\n",i+

38、1,i);　　return 0; }}　　return 1;　　}　　void dec(int *a,int *b,int n) //數(shù)組相減<p

39、>　　{ int i;　　for(i=0;i<n;i++)　　a[i]-=b[i];　　}　　char input() //輸入數(shù)據(jù)

40、;　　{ char c;　　c=getchar()-0x30;　　return c;　　}　　void add(int *a,int *b,int n,int m) //數(shù)組相加

41、　　{ int i ;　　for(i=0;i<n;i++)　　a[i]+=b[i];　　for(i=0;i<n;i++)　　{ if(m==0) printf("Aval

42、ible[%d]=%d ",i,a[i]);　　if(m==3)printf("\n");　　if(m==1) printf("work valuese changed work[%d]=%d\n",i,a[i]);　　}

43、　　printf("\n");　　}　　int safe()//檢查安全序列　　{ int i,count=0,n,r1=1;//原為int i,count=0,n,j,r1=1;

44、　　int work[N],sr[M],flag;　　int finish1[N];　　grand(work,Avalible,N);　　printf("check safe list......\n");　　for(i=0;i<

45、;N;i++)　　finish1[i]=-1;　　for(n=0;n<M;n++)　　{ for(i=0;i<M;i++)　　{ flag=compare(work,Need[i],N);　　if (flag==0)

46、{printf("can't satisfy process[%d]->need[%d] ",n,i);break;}　　if(finish1[i]==-1&&flag==1&&finish[i]==-1)　　{ printf("find a right need----proc

47、ess[%d]->need[%d]\n",n,i);　　add(work,Allocation[i],N,r1);　　finish1[i]=1; sr[count]=i;　　count++; //記錄安全序列　　} }}</b

48、>　　if(count>=M)　　{ printf("-----have an safe list-----\n");　　for(i=0;i<M;i++)　　{ if(i!=M-1)　　p

49、rintf("p%d->",sr[i]);　　else　　printf("p%d\n",sr[i]);　　} return 1; }　　else<

50、;/p>　　{ printf("after check there no safe list.....\n");　　printf("can't apply resouce\n");　　return 0;<p&g

51、t;　　} }　　int ran_request()//隨機(jī)請(qǐng)求資源　　{ int i,flag1,flag2,r1=1,r2=2,r3=3;　　int request[N],pn;//N=3　　pn=rand()%2;

52、//pn進(jìn)程標(biāo)志　　printf("Process[%d] call for resouce\n",pn); //隨機(jī)進(jìn)程X請(qǐng)求資源　　for(i=0;i<N;i++)　　request[i]=rand()%5; //將隨機(jī)資源給request[i],i=1,2,3,其實(shí)r

53、equest是現(xiàn)在將要給予的資源　　//而且request[1],[2],[3]即代表3種不同的資源類型　　for(i=0;i<M;i++)　　finish[i]=-1; 　　printf("random produce request[%

54、d]:",N); //隨機(jī)產(chǎn)生分配數(shù)　　display(request,N); //顯示request[]數(shù)組　　printf("\n");　　if(finish[pn]==-1) //finish記錄進(jìn)程是否分配完成

55、 　　{　　flag1=comp(request,Avalible,N,r1);//flag1　　flag2=comp(request,Need[pn],N,r2);//flag2　　if(flag1==1&&a

56、mp;flag2==1)　　{ 　　printf("call for request availible");//顯示需求有效　　dec(Avalible,request,N);//Avalible-request,指針形式，下2同

57、　　dec(Need[pn],request,N);//Need-request　　add(Allocation[pn],request,N,r3);//Allocation+request　　disp();　　if(safe()==1)

58、;　　{ 　　if(check(Allocation[pn],Max[pn],N)==1)　　{ 　　add(Avalible,Allocation[pn],N,0);

59、;　　finish[pn]=1; 　　}　　return 1; 　　}　　else　　return

60、 0;　　}　　}　　else　　printf("the resouce have assingned\n");<

61、;/p>　　}　　int request() //手動(dòng)申請(qǐng)資源　　{ int request[N],pn;　　int i,flag1,flag2,r1=1,r2=2,r3=3;

62、for(i=0;;i++)　　{　　printf("please input the request number which you want:");　　scanf("%d",&pn);<p

63、>　　printf("\n");　　if(pn>=0 && pn<=2) break;　　else 　　printf(" input error,please input again!\n");//非

64、進(jìn)程數(shù)0、1、2警告　　}　　printf("please input the request number:\n");　　for(i=0;i<N;i++)　　{<

65、/p>　　printf("The %d request:\n",i);　　scanf("%d",&request[i]);　　}　　for(i=0;i<N;i++)<

66、;p>　　finish[i]=-1;　　printf("random produce request[%d]:",N);　　display(request,N); 　　printf("\n");　　if(finish[pn]=

67、=-1) //finish記錄進(jìn)程是否分配完成 　　{　　flag1=comp(request,Avalible,N,r1);//flag1　　flag2=comp(request,Need[pn],N,r2);//flag2</p

68、>　　if(flag1==1&&flag2==1)　　{ 　　printf("call for request availible");//顯示需求有效　　dec(Avalible,request,N);//A

69、valible-request,指針形式，下2同　　dec(Need[pn],request,N);//Need-request　　add(Allocation[pn],request,N,r3);//Allocation+request　　disp();

70、　　if(safe()==1)　　{ 　　if(check(Allocation[pn],Max[pn],N)==1)　　{ 　　add(Avalible,Alloc

71、ation[pn],N,0);　　finish[pn]=1; 　　}　　return 1; 　　}　　else<

72、;/p>　　return 0;　　}　　}　　else　　printf("the

73、resouce have assingned\n");　　}　　int main()　　{int i,j,s_flag;　　char c,s;

74、　int av[N],s_ll[M][N];　　for(i=0;i<M;i++)　　{finish[i]=-1;}　　srand(time(NULL));　　for(i=0;i<M;i++)　　for(j=0;j<

75、;N;j++)　　{ Allocation[i][j]=rand()%10;　　Need[i][j]=rand()%10;　　Max[i][j]=Allocation[i][j]+Need[i][j];　　}

76、　　for(i=0;i<N;i++)　　{Avalible[i]=rand()%12; }　　disp();s_flag=safe();　　if(s_flag==1)　　{ printf("request resource---(Y/N)

77、\n");　　c=getchar();　　if(c=='Y'||c=='y')　　{　　N1: printf("1---------random request resouce

78、\n");　　printf("2---------request resouce by man\n");　　grand(av,Avalible,N); //保存原始的available的值　　for(i=0;i<M;i++)<p&g

79、t;　　{ 　　grand(s_ll[i],Allocation[i],N);}//grand函數(shù)為分配資源函數(shù)　　getchar();　　Mnu:s=getchar();　　switch(s) //進(jìn)行分配選擇<

80、/p>　　{ 　　case '1':if(ran_request()==1) //ran_request()隨機(jī)請(qǐng)求資源　　{　　printf ("continue request(Y

81、/N)\n");　　getchar();c=getchar();　　if(c=='Y'||c=='y')　　goto N1; }　　else<b

82、>　　{ 　　grand(Avalible,av,N);　　for(i=0;i<M;i++)　　grand(Allocation[i],s_ll[i],N); }　　//grand(int *a,int *b,int n)/為分配資源函數(shù)，

83、b按n大小賦值于a　　break;　　case '2':if(request()==1) //--request()手動(dòng)申請(qǐng)資源　　{　　printf("continue

84、 request(Y/N)\n");　　getchar();c=getchar();　　if(c=='Y'||c=='y')　　goto N1;}　　else </b

85、>　　{　　grand(Avalible,av,N);//grand(int *a,int *b,int n)　　//為分配資源函數(shù)，b按n大小賦值于a　　for(i=0;i<M;i++)<p

86、>　　grand(Allocation[i],s_ll[i],N);}　　break;　　default:printf("input error,please input agin...\n");goto Mnu;　　}}</

87、b>　　if(c=='N'||c=='n')　　printf("Thank for your use....\n"); } 　　return 0; }　　六、總結(jié)</p

88、>　　通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我了解掌握了銀行家算法，學(xué)會(huì)模擬實(shí)現(xiàn)資源分配，同時(shí)通過(guò)編寫和調(diào)試一個(gè)系統(tǒng)分配資源的簡(jiǎn)單模擬程序，觀察到了死鎖產(chǎn)生的條件，并使用適當(dāng)?shù)乃惴ǎ行У姆乐购捅苊馑梨i的發(fā)生。　　雖然操作系統(tǒng)是以前學(xué)的，再接觸時(shí)遺忘了許多，但是通過(guò)老師的講解，同學(xué)的幫助，自己也仔細(xì)地看了這次課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，撿回了許多東西，對(duì)于銀行家算法的設(shè)計(jì)、編寫的思路變得清晰。

89、通過(guò)幾天反復(fù)的閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，仔細(xì)的思考出現(xiàn)的問(wèn)題，反復(fù)推敲、測(cè)試與修改，終于能完滿的完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。課程設(shè)計(jì)的時(shí)間雖然不長(zhǎng)，但帶了給我知識(shí)，也帶給了我戰(zhàn)勝困難、完成任務(wù)的歡樂(lè)。希望以后有更多的機(jī)會(huì)接觸這類的課程設(shè)計(jì)。　　課程設(shè)計(jì)成績(jī):　　注:教師按學(xué)生實(shí)際成績(jī)（平時(shí)成績(jī)和業(yè)務(wù)考核成績(jī)）登記并錄入教務(wù)MIS系統(tǒng)，由系

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