操作系统课程设计(银行家算法的模拟实现)教学文稿

操作系统课程设计(银行家算法的模拟实现)

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操作系统课程设计

（银行家算法的模拟实现）

一、设计目的

1、进一步了解进程的并发执行。

2、加强对进程死锁的理解。

3、用银行家算法完成死锁检测。

二、设计内容

给出进程需求矩阵C、资源向量R以及一个进程的申请序列。使用进程启动拒绝和资源分配拒绝（银行家算法）模拟该进程组的执行情况。

三、设计要求

1、初始状态没有进程启动。

2、计算每次进程申请是否分配，如：计算出预分配后的状态情况（安全状态、不安全状态），如果是安全状态，输出安全序列。

3、每次进程申请被允许后，输出资源分配矩阵A和可用资源向量V。

4、每次申请情况应可单步查看，如：输入一个空格，继续下个申请。

四、算法原理

1、银行家算法中的数据结构

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(1)、可利用资源向量Available，这是一个含有m个元素的数组，其中的每个元素代表一类可利用资源的数目，其初始值是系统中所配置的该类全部资源的数目，其数值随该类资源的分配和回收而动态改变。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n*m的矩阵，它定义了系统中n个进程中的每一个进程对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当前已经分得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，用以表示每个进程尚需要的各类资源数。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。上述三个矩阵间存在以下关系：

Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]

2、银行家算法应用

模拟实现Dijkstra的银行家算法以避免死锁的出现，分两部分组成：一是银行家算法（扫描）；二是安全性算法。

（1）银行家算法（扫描）

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设Requesti是进程Pi的请求向量，如果

Requesti[j]=K，表示进程Pi需要K个Ri类型的资源。当Pi发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：

①如果Requesti[j]<=Need[i,j]，便转向步骤②；否则认为出错，因为它所需的资源数已经超过了它所宣布的最大值。

②如果Requesti[j]<=Allocation[i,j]，便转向步骤③；否则表示尚无足够资源，Pi需等待。

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-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，已完成本次分配；否则，将本次的试探分配作废，恢复原来资源的分配状态，让进程Pi等待。

（2）安全性算法

系统所执行的安全性算法可描述如下：

①设置两个向量：一个是工作向量Work；它表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源的数目，它含有m个元素，在执行安全性算法开始时，work=Available；另一个是Finish；它表示系统是否有足够的资源分配给进程，使之运行完成。开始时先做

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Finish[i]=false；当有足够资源分配给进程时，再令

Finish[i]=true；

②从进程集合中找到能满足下述条件的进程：

一是Finish[i]==false；二是Need[i,j]<=Work[j]；若找到，执行步骤③，否则，执行步骤④；

③当进程Pi获得资源后，可顺利执行，直至完成，并释放出分配给它的资源，故应执行：

Work[j]=Work[j]+Allocation[i,j]；

Finish[i]=true；

go to step②；

④如果所有进程的 Finish[i]==true都满足，则表示系统处于安全状态，否则系统处于不安全状态。

五、设计思路

1、进程一开始向系统提出最大需求量；

2、进程每次提出新的需求（分期贷款）都统计是否超出它事先提出的最大需求量；

3、若正常，则判断该进程所需剩余量（包括本次申请）是否超出系统所掌握的剩余资源量，若不超出，则分配，否则等待。

六、程序运行调试结果

1、程序初始化

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2、检测系统资源分配是否安全结果

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七、小结

“银行家算法的模拟实现”是本学期操作系统课程的课程设计。在设计此程序的过程中我们遇到过许多问题也学到了很多东西。通过这周的课程设计，我加深了对银行家算法的理解，掌握了银行家算法避免死锁的过程和方

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