操作系统实验四 银行家算法.doc

银行家算法xxx711103xx2012年5月21日一、实验目的通过实验，加深对多实例资源分配系统中死锁避免方法银行家算法的理解，掌握Windows环境下银行家算法的实现方法，同时巩固利用Windows API进行共享数据互斥访问和多线程编程的方法。二、实验内容 1. 在Windows操作系统上，利用Win32 API编写多线程应用程序实现银行家算法。2. 创建n个线程来申请或释放资源，只有保证系统安全，才会批准资源申请。3. 通过Win32 API提供的信号量机制，实现共享数据的并发访问。三、实验步骤（设计思路和流程图）最主要的用以实现系统功能的应该有两个部分，一是用银行家算法来判断，二是用安全性算法来检测系统的安全性。1、银行家算法设Requesti是进程Pi的请求向量，如果Requestij=K，表示进程Pi需要K个Rj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RequestijNeedi,j，便转向步骤2；否则认为出错，因为它所需要的资源数已超过它所宣布的最大值。 (2) 如果RequestijAvailablej，便转向步骤(3)；否则， 表示尚无足够资源，Pi须等待。(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： Availablej=Availablej-Requestij; Allocationi,j=Allocationi,j+Requestij; Needi,j=Needi,j-Requestij; (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，以完成本次分配；否则， 将本次的试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程Pi等待。2、 安全性算法(1) 设置两个向量： Work=Available; Finish(2) 从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程： Finishi=false; Needi,jWorkj； 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：Workj=Worki+Allocationi,j; Finishi=true; go to step 2; (4) 如果所有进程的Finishi=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。四、主要数据结构及其说明(1) 可利用资源向量Available。如果Availablej=K，则表示系统中现有Rj类资源K个。 (2) 最大需求矩阵Max。如果Maxi,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。如果Allocationi,j=K，则表示进程i当前已分得Rj类资源的数目为K。 (4) 需求矩阵Need。如果Needi,j=K，则表示进程i还需要Rj类资源K个，方能完成其任务。Needi,j=Maxi,j-Allocationi,j 五、程序运行时的初值和运行结果int AvailablerCount = 10,5,7;const int MaxpCountrCount = 7,5,3 , 3,2,2 , 9,0,2 , 2,2,2 , 4,3,3 ；第一次申请： 资源不够情况：Request=Available出错的情况：Requesti=Need六、实验体会通过本次银行家算法实验，加深了我对银行家算法的了解，掌握了如何利用银行家算法避免死锁。这次实践，我巩固了自己的理论知识。银行家算法是为了使系统保持安全状态。如果把操作系统看作是银行家，操作系统管理相当于银行家管理的资金，进程向操作系统请求分配资源相当于用户向银行家贷款。操作系统按照银行家制定的规则为进程分配资源。操作系统的一些原理在生活中都可以找到相应的例子。结合生活中的例子，可以化抽象为具体，我们会更加清楚地了解到其原理与操作过程。七、源程序并附上注释thread.cpp#include #include #include #include #include #include using namespace std;extern const int rCount = 3;extern const int pCount = 5;extern const int NeedpCountrCount;extern const int AllocationpCountrCount;extern HANDLE Mutex;extern HANDLE Queue;int handleRequest(int Request,int pNum);int randomRequest(int r,int p) return rand()%(Needpr+1);int randomRelease(int r,int p) return -(rand()%(Allocationpr+1);int completeRelease(int r,int p) return -Allocationpr;DWORD WINAPI runProcess(void *param) int pNum = *(int*)param; srand(unsigned)time(NULL); bool RUNNING = true; while(RUNNING) Sleep(500); int RequestrCount; int (*op)(int,int); switch(rand()%10) case 0:case 1: case 2:case 3: case 4:case 5: case 6: op = randomRequest; break; case 7:case 8: op = randomRelease; break; case 9: op = completeRelease; RUNNING = false; break; for(int i=0;irCount;+i) Requesti = (*op)(i,pNum); while(handleRequest(Request,pNum) assert( WAIT_OBJECT_0 = WaitForSingleObject(Queue,INFINITE); WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE); cout Process pNum+1 terminated.n; ReleaseMutex(Mutex); return 0;#include #include #include #include #include #include using namespace std;const int rCount = 3;const int pCount = 5;int AvailablerCount = 10,5,7;const int MaxpCountrCount = 7,5,3 , 3,2,2 , 9,0,2 , 2,2,2 , 4,3,3 ;int AllocationpCountrCount;int NeedpCountrCount;DWORD WINAPI runProcess(void *param);HANDLE Mutex;HANDLE Queue; void printState();int main() memcpy(Need,Max,sizeof(int)*pCount*rCount); memset(Allocation,0,sizeof(int)*pCount*rCount); /初始化信号量 Mutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); Queue = CreateSemaphore(NULL,0,1,NULL); HANDLE processpCount; for(int i=0;ipCount;+i) processi=CreateThread(NULL,0,runProcess,new int(i),0,NULL); WaitForMultipleObjects(pCount,process,TRUE,INFINITE); return 0;bool noGreaterThan(const int *ary1,const int *ary2,int length) for(int i=0;iary2i) return false; return true;bool equals(const int *ary1,const int *ary2,int length) for(int i=0;ilength;+i) if(ary1i!=ary2i) return false; return true;bool smallerThan(const int *ary1,const int *ary2,int length) if(noGreaterThan(ary1,ary2,length)&!equals(ary1,ary2,length) return true; return false;void addArrays(int *ary1,const int *ary2,int length) for(int i=0;ilength;+i) ary1i+=ary2i;void substractArrays(int *ary1,const int *ary2,int length) for(int i=0;ilength;+i) ary1i-=ary2i;bool inSafeState() int WorkrCount; memcpy(Work,Available,sizeof(int)*rCount); bool FinishpCount = false; bool EXIST; do EXIST = false; for(int i=0;ipCount;+i) if(!Finishi) if(noGreaterThan(Needi,Work,rCount) addArrays(Work,Allocationi,rCount); Finishi=true; EXIST = true; i = pCount; while (EXIST); for(int i=0;ipCount;+i) if(!Finishi) return false; return true;void printResources(int r) for(int i=0;irCount;+i) cout ri ; cout endl;void printMatrix(int mrCount) for(int i=0;ipCount;+i) printResources(mi);void printState() cout System State: endl; cout Available: n; printResources(Available); cout n; cout Allocation: n; printMatrix(Allocation); cout n; cout Need: n; printMatrix(Need); cout endl; cout*endlendl;int handle(int Request,int pNum);int handleRequest(int Request,int pNum) WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE); int r = handle(Request,pNum); ReleaseMutex(Mutex); return r;int handle(int Request,int pNum) int zerorCount = 0; if(equals(Request,zero,rCount) return 0; printState(); cout Process pNum+1 s request: ; printResources(Request); /system(pause); if(!noGreaterThan(Request,NeedpNum,rCount) /raise an error condition(process exceeded its maximum claim) cout Process error in requesting resources.n; return -1; if(!noGreaterThan(Request,Available,rCount) /not enough resources, return cout Not enough resources.n; return 1; substractArrays(Available,Request,rCount); addArrays(AllocationpNum,Request,rCount); substractArrays(NeedpNum,Request,rCount); if(smallerThan(AllocationpNum,zero,rCount) cout Process error in releasing resources.n; return -2; if(smallerThan(Request,zero,rCount) cout Release detected.n; for(int i=0;ipCount-1;+i) ReleaseSemaphore(Queue,1,NULL); else if(!inSafeState()/否则，检查安全性 /undo addArrays(Available,Request,rCount); substractArrays(AllocationpNum,Request,rCount); addArrays(NeedpNum,Request,rCount); /allocation not allowed, return cout Allocation denied due to safety risk.n; system(pause); return 2; cout Allocation permitted.n; return 0;