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课程设计-模拟银行家算法避免死锁.doc
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2022-05-30
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课程设计-模拟银行家算法避免死锁.doc
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模拟通过银行家算法避免死锁
一、 银行家算法产生的背景及目的
1:在多道程序系统中,虽然借助于多个进程的并发执行来改善系统的利用率,提高
系统的吞吐量,但可能发生一种危险—死锁。死锁就是多个进程在运行过程中因争夺
资源而造成的一种僵局,当进程处于这种僵局状态时,如无外力作用,他们将无法再
向前进行,如再把信号量作为同步工具时,多个 Wait 和 Signal 操作顺序不当,会产
生进程死锁。
然而产生死锁的必要条件有互斥条件,请求和保持条件,不剥夺条件和环路等待条件。
在预防死锁的几种方法中,都施加了较强的限制条件,在避免死锁的方法中,所施加
的条件较弱,有可能获得令人满意的系统性能。在该方法中把系统的状态分为安全状
态和不安全状态,只要能使系统都处于安全状态,便可避免死锁。
2:实验目的:让学生独立的使用编程语言编写和调试一个系统分配资源的简单模拟程
序,了解死锁产生的原因及条件。采用银行家算法及时避免死锁的产生,进一步理解
课堂上老师讲的相关知识点。银行家算法是从当前状态出发,逐个按安全序列检查各
客户中谁能完成其工作,然后假定其完成工作且归还全部贷款,再进而检查下一个能
完成工作的客户。如果所有客户都能完成工作,则找到一个安全序列,银行家才是安
全的。
二:银行家算法中的数据结构
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
表一类可利用的资源数目,其初始值是系统中所配置的该类全部可用资源的数目,其
数值随该类资源的分配和回收而动态的改变。如果 Available[j]=k,z
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,表示第 i 个进程需要第 Rj 类资源的最
大数目 k 个.
3: 分配矩阵 Allocation,也是 n*m 的矩阵,若 Allocation[i,j]=k,表示第 i
个进程已分配 Rj 类资源的数目为 k 个。
4:需求矩阵 Need。也是一个 n*m 的矩阵,Need[i,j]=k,表示第 i 个进程还需 Rj 类
资源 k 个。
三、银行家算法及安全性算法
1:银行家算法
设 Request[i]是进程 Pi 的请求向量,若 Request[i][j]=k;表示进程需要 j 类资源 k 个。
当 Pi 发出资源请求时,系统按下属步骤进行检查;
(1)如果 Request[i][j]<=Need[i][j];便转向步骤(2),否则认为出错,因为它所需
要的资源数已超过他所宣布的最大值。
(2)如果 Request[i][j]<=Available[i][j],便转向步骤(3),否则认为尚无足够资源 ,
进程需等待。
(3)系统试探着把资源分配给进程,并修改下面数据结构的数据
Available[i][j]=Available[i][j]-Request[i][j];
Allocation[i][j]=Allocation[i][j]+Request[i][j];
Need[i][j]=Need[i][j]-Request[i][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,已完成此次分配。否则,将本次的试探分配作废,回复原
来的资源分配状态,将进程 Pi 等待。
2:安全性算法
(1) 设置两个向量;
1:工作向量 Work,表示系统可提供给进程运行所需的各类资源数目,它含有 m
个元素,初始时 Work=Available
2:Finish ,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
Finish[i]=true
(2) 从进程中找到一个能满需下属条件的进程
1;Finish[i]=false;
2: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 顺利获得资源后,直至完成,并释放分配给它的资源,执行:
Work[j]=Work[j]+Allocation[i][j];
Finish[i]=true;
Go to step (2);
(5)如果所有的进程 Finish[i]都满足,则表示系统处于安全状态,否则,处于不安全状
态。
四、模块设计与分析及整体功能概述
模块设计与分析:
整个银行家算法分为初始化函数 Init(),安全性算法函数 safe(),银行家算法
函数 bank()三部分。初始化函数生成开始时刻系统中的进程和资源情况,安全性算
法判断当某进程申请资源时,系统能否处于安全状态。在本实验中,若系统处于安全
状态,便生成一个安全进程序列(安全序列可能有多个)。银行家算法函数 bank()
负责整体的检查与异常判断。
整体功能概述:
死锁会引起系统陷入僵局,操作系统必须防止此现象的发生。本实验通过一个动态
分配资源的模拟程序,更清楚的理解死锁产生的原因和条件。Dijkstra 的银行家算法是
最有代表性的避免死锁的方法。运行程序时用户设定系统中进程和可利用资源的种类数
目。输入各进程的可利用资源 Available,最大需求 MAX,已分配资源 Allocation ,
需求资源 Need,之后各系统发出资源请求 Request,利用实验中的安全性算法判断能
否产生一个安全性队列,若能,则给该进程分配成功,否则,不予分配。
五、流程图设计
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