操作系统课程设计--银行家算法

目录
第一章功能需求描述 (2)
1.1功能列表与说明 (2)
1.2操作界面和操作方法 (2)
第二章设计描述 (3)
2.1任务分解说明 (3)
2.2主要数据结构设计说明 (3)
2.3主要函数接口设计说明 (3)
第三章算法描述 (5)
第四章开发过程描述 (14)
4.1程序代码 (14)
4.2设计中的问题和解决方法 (23)
4.3测试用例和测试方法 (24)
第五章设计心得体会 (32)
计算机科学与技术学院
课程设计任务书
第一章功能需求描述
1.1功能列表与说明
（1）添加进程：规定现在操作系统中运行的进程数。

（2）添加资源：规定当前需要资源的种类数和各种类资源的数目。

（3）分配资源：给各进程分配资源。

（4）安全性检查：检查资源分配后是否会发生死锁，若发生则不这样进行分配。

（5）资源释放：当一个进程结束后释放其所占有的各类资源。

（6）得到安全序列：当资源分配能够保证各进程顺利结束，则得到进程的安全序列。

（7）删除资源：即取消某资源
1.2操作界面和操作方法
*************银行家算法演示****************
请首先输入系统可供资源种类的数量:
资源*的名称：
资源的数量：
请输入作业的数量：
请输入各进程的最大需求量：
请输入各进程已经申请的资源量：
系统目前可用资源：
系统是否安全？
分配的序列：
********银行家算法演示***********
1：增加资源
2：删除资源
3：修改资源
4：分配资源
5：增加作业
0：离开
在如上的操作界面中分别按照提示进行输入，按回车键表示当前输入完毕，然后进行下个步骤的输入或者得到最终结果。

第二章设计描述
2.1任务分解说明
银行家算法的实现过程主要分为以下几个部分：为实现银行家算法，系统中必须设置若干数据结构。

其中有allocation，记录已经分配的系统资源；max，记录每个进程的资源最大需求；available，记录剩余资源；need用来记录现在每个进程需要多少资源，need=max-allocation；request 请求资源；temp，记录路径，即输出的顺序；finish，用来实现循环，以判断是否安全，这也就是安全性检查。

2.2主要数据结构设计说明
#define False 0
#define True 1
int Max[100][100]={0};//各进程所需各类资源的最大需求
int Avaliable[100]={0};//系统可用资源
char name[100]={0};//资源的名称
int Allocation[100][100]={0};//系统已分配资源
int Need[100][100]={0};//还需要资源
int Request[100]={0};//请求资源向量
int temp[100]={0};//存放安全序列
int Work[100]={0};//存放系统可提供资源
int M=100;//作业的最大数为100
int N=100;//资源的最大数为100
void showdata()//显示资源矩阵
采用了二维数组来创建的数据结构。

2.3主要函数接口设计说明
（1）void showdata() 显示资源矩阵
（2）int changdata(int i) 进行资源分配
（3）int safe() 安全性算法
（4）void share() 利用银行家算法对申请资源对进行判定
（5）void addresources() 添加资源
（6）void delresources() 删除资源
（7）void changeresources() 修改资源函数（8）void addprocess() 添加作业
第三章算法描述1、主函数流程图
图3-1 主函数流程图
2、显示资源矩阵showdata函数流程图
图3-2 showdata函数流程图
3、资源分配changedata函数流程图
图3-3 changedata函数流程图4、安全性检查safe函数流程图
图3-4 safe函数流程图
5、利用银行家算法对进程申请资源进行判定share函数流程图
图3-5 share函数流程图
6、添加资源的addresources函数流程图
图3-6 addresources函数流程图7、删除资源delresources函数流程图
图3-7 delresources函数流程图8、修改资源changeresources函数流程图
图3-8 changeresources函数流程图9、添加进程作业addprocess函数流程图
图3-9 addprocess函数流程图
第四章开发过程描述
4.1程序代码
#include<iostream.h>
#include<string.h>
#include<stdio.h>
#define False 0
#define True 1
int Max[100][100]={0};//各进程所需各类资源的最大需求
int Avaliable[100]={0};//系统可用资源
char name[100]={0};//资源的名称
int Allocation[100][100]={0};//系统已分配资源
int Need[100][100]={0};//还需要资源
int Request[100]={0};//请求资源向量
int temp[100]={0};//存放安全序列
int Work[100]={0};//存放系统可提供资源
int M=100;//作业的最大数为100
int N=100;//资源的最大数为100
void showdata()//显示资源矩阵
{
int i,j;
cout<<"系统目前可用的资源[Avaliable]:"<<endl;
for(i=0;i<N;i++)
cout<<name[i]<<" ";
cout<<endl;
for (j=0;j<N;j++)
cout<<Avaliable[j]<<" ";//输出分配资源
cout<<endl;
cout<<" Max Allocation Need"<<endl;
cout<<"进程名 ";
for(j=0;j<3;j++){
for(i=0;i<N;i++)
cout<<name[i]<<" ";
cout<<" ";
}
cout<<endl;
for(i=0;i<M;i++){
cout<<" "<<i<<" ";
for(j=0;j<N;j++)
cout<<Max[i][j]<<" ";
cout<<" ";
for(j=0;j<N;j++)
cout<<Allocation[i][j]<<" ";
cout<<" ";
for(j=0;j<N;j++)
cout<<Need[i][j]<<" ";
cout<<endl;
}
}
int changdata(int i)//进行资源分配
{
int j;
for (j=0;j<M;j++) {
Avaliable[j]=Avaliable[j]-Request[j];
Allocation[i][j]=Allocation[i][j]+Request[j]; Need[i][j]=Need[i][j]-Request[j];
}
return 1;
}
int safe()//安全性算法
{
int i,k=0,m,apply,Finish[100]={0};
int j;
int flag=0;
Work[0]=Avaliable[0];
Work[1]=Avaliable[1];
Work[2]=Avaliable[2];
for(i=0;i<M;i++){
apply=0;
for(j=0;j<N;j++){
if (Finish[i]==False&&Need[i][j]<=Work[j]){ apply++;
if(apply==N){
for(m=0;m<N;m++)
Work[m]=Work[m]+Allocation[i][m];//变分配数 Finish[i]=True;
temp[k]=i;
i=-1;
k++;
flag++;
}
}
}
}
for(i=0;i<M;i++){
if(Finish[i]==False){
cout<<"系统不安全"<<endl;//不成功系统不安全
return -1;
}
cout<<"系统是安全的!"<<endl;//如果安全，输出成功
cout<<"分配的序列:";
for(i=0;i<M;i++){//输出运行进程数组
cout<<temp[i];
if(i<M-1) cout<<"->";
}
cout<<endl;
return 0;
}
void share()//利用银行家算法对申请资源对进行判定
{
char ch;
int i=0,j=0;
ch='y';
cout<<"请输入要求分配的资源进程号(0-"<<M-1<<"):";
cin>>i;//输入须申请的资源号
cout<<"请输入进程 "<<i<<" 申请的资源:"<<endl;
for(j=0;j<N;j++)
{
cout<<name[j]<<":";
cin>>Request[j];//输入需要申请的资源
}
for (j=0;j<N;j++){
if(Request[j]>Need[i][j])//判断申请是否大于需求，若大于则出错 {
cout<<"进程 "<<i<<"申请的资源大于它需要的资源";
cout<<" 分配不合理，不予分配！"<<endl;
ch='n';
break;
else {
if(Request[j]>Avaliable[j])//判断申请是否大于当前资源，若大于则
{ //出错
cout<<"进程"<<i<<"申请的资源大于系统现在可利用的资源";
cout<<" 分配出错，不予分配!"<<endl;
ch='n';
break;
}
}
}
if(ch=='y') {
changdata(i);//根据进程需求量变换资源
showdata();//根据进程需求量显示变换后的资源
safe();//根据进程需求量进行银行家算法判断
}
}
void addresources(){//添加资源
int n,flag;
cout<<"请输入需要添加资源种类的数量:";
cin>>n;
flag=N;
N=N+n;
for(int i=0;i<n;i++){
cout<<"名称:";
cin>>name[flag];
cout<<"数量:";
cin>>Avaliable[flag++];
}
showdata();
safe();
}
void delresources(){//删除资源
char ming;
int i,flag=1;
cout<<"请输入需要删除的资源名称：";
do{
cin>>ming;
for(i=0;i<N;i++)
if(ming==name[i]){
flag=0;
break;
}
if(i==N)
cout<<"该资源名称不存在，请重新输入：";
}
while(flag);
for(int j=i;j<N-1;j++)
{
name[j]=name[j+1];
Avaliable[j]=Avaliable[j+1];
}
N=N-1;
showdata();
safe();
}
void changeresources(){//修改资源函数
cout<<"系统目前可用的资源[Avaliable]:"<<endl;
for(int i=0;i<N;i++)
cout<<name[i]<<":"<<Avaliable[i]<<endl;
cout<<"输入系统可用资源[Avaliable]:"<<endl;
cin>>Avaliable[0]>>Avaliable[1]>>Avaliable[2];
cout<<"经修改后的系统可用资源为"<<endl;
for (int k=0;k<N;k++)
cout<<name[k]<<":"<<Avaliable[k]<<endl;
showdata();
safe();
}
void addprocess(){//添加作业
int flag=M;
M=M+1;
cout<<"请输入该作业的最打需求量[Max]"<<endl;
for(int i=0;i<N;i++){
cout<<name[i]<<":";
cin>>Max[flag][i];
Need[flag][i]=Max[flag][i]-Allocation[flag][i];
}
showdata();
safe();
}
int main()//主函数
{
int i,j,number,choice,m,n,flag;
char ming;
cout<<"*****************银行家算法的实现*****************"<<endl; cout<<"请首先输入系统可供资源种类的数量:";
cin>>n;
N=n;
for(i=0;i<n;i++)
{
cout<<"资源"<<i+1<<"的名称:";
cin>>ming;
name[i]=ming;
cout<<"资源的数量:";
cin>>number;
Avaliable[i]=number;
}
cout<<endl;
cout<<"请输入作业的数量:";
cin>>m;
M=m;
cout<<"请输入各进程的最大需求量("<<m<<"*"<<n<<"矩阵)[Max]:"<<endl;
for(i=0;i<m;i++)
for(j=0;j<n;j++)
cin>>Max[i][j];
do{
flag=0;
cout<<"请输入各进程已经申请的资源量("<<m<<"*"<<n<<"矩阵)[Allocation]:"<<endl;
for(i=0;i<m;i++)
for(j=0;j<n;j++){
cin>>Allocation[i][j];
if(Allocation[i][j]>Max[i][j])
flag=1;
Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j];
}
if(flag)
cout<<"申请的资源大于最大需求量，请重新输入!\n";
}
while(flag);
showdata();//显示各种资源
safe();//用银行家算法判定系统是否安全
while(choice)
{
cout<<"**************银行家算法演示***************"<<endl;
cout<<" 1:增加资源 "<<endl;
cout<<" 2:删除资源 "<<endl;
cout<<" 3:修改资源 "<<endl;
cout<<" 4:分配资源 "<<endl;
cout<<" 5:增加作业 "<<endl;
cout<<" 0:离开 "<<endl;
cout<<"*******************************************"<<endl;
cout<<"请选择功能号：";
cin>>choice;
switch(choice)
{
case 1: addresources();break;
case 2: delresources();break;
case 3: changeresources();break;
case 4: share();break;
case 5: addprocess();break;
case 0: choice=0;break;
default: cout<<"请正确选择功能号(0-5)!"<<endl;break;
}
}
return 1;
}
4.2设计中的问题和解决方法
在测试时，出现了很多漏掉标点符号的错误，比较典型的一个就是在中文输入法下输入了标点符号，导致出错。

同时在main函数中应该有一个int类型的返回值，忽略了这个细节导致了产生了警告。

图4-1 编译出错图
修改了这些错误之后，进行编译，显示编译正确，如图
图4-2 修改后调试成功图
4.3测试用例和测试方法
测试方法即为输入多个实例，进行测试，测试数据在此只列出一个，如图所示。

T
时刻的资源分配表(各种资源的数量分别为：10、5、7)
表4-1 输入实例表
资源情况进程
Max
A B C
Allocation
A B C
Need
A B C
Available
A B C
P
7 5 3 0 1 0 7 4 3 3 3 2
P
1
3 2 2 2 0 0 1 2 2
P
2
9 0 2 3 0 2 6 0 0
P
3
2 2 2 2 1 1 0 1 1
P
4
4 3 3 0 0 2 4 3 1
图4-3 测试程序图 1
图4-4 测试程序图2
图4 -5 测试程序图3
图4 - 6 测试程序图4
图4 - 7 测试程序图5
图4 - 8 测试程序图6
图4 - 9 测试程序图7
第五章设计心得体会
“课程设计是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

”在这次课程设计的过程中，我深深地体会到了理论与实践结合的过程，当实践成功时的成就感，从整个过程中我受益匪浅。

从确定了题目，一直到完成整个大作业，我学到很多的东西。

不仅可以巩固了以前所学过的知识，并且发掘了很多在已有的书本上所没有的知识，给我带来了极大的收获。

对银行家算法有了更深入的理解，银行家算法是避免死锁的一种重要方法，通过编写一个简单的银行家算法程序，加深了解有关资源申请、避免死锁等概念，并体会和了解死锁和避免死锁的具体实施方法。

死锁的产生，必须同时满足四个条件，即一个资源每次只能由一个进程；第二个为等待条件，即一个进程请求资源不能满足时，它必须等待，但它仍继续保持已得到的所有其他资源；第三个为非剥夺条件，即在出现死锁的系统中一定有不可剥夺使用的资源；第四个为循环等待条件，系统中存在若干个循环等待的进程，即其中每一个进程分别等待它前一个进程所持有的资源。

防止死锁的机构只能确保上述四个条件之一不出现，则系统就不会发生死锁。

至今我感慨颇多的应当是一些难以查出的错误，编译时查不出的错误，其被发现时很可能只是位置的错误，仅隔数行，这些微小的信息却极大地影响了整体的效果。

这不仅存在于一个程序之中，因而我对于生活中的细节也有了改观，对于整体和局部的观念也有了更多的见解。

通过这次课程设计，给我带来了极大的收获，感觉非常充实！。