课程设计

操作系统课程设计

以下三个题目任选一个

一、共享资源分配与银行家算法

[问题描述]

本题主要内容是模拟实现资源分配。同时要求编写和调试一个系统动态分配资源的简单模拟程序，观察死锁产生的条件，并使用适当的算法，有效的防止和避免死锁的发生。

[基本要求]具体用银行家算法实现资源分配。要求如下：

(1) 设计一个3个并发进程共享3类不同资源的系统，进程可动态地申请资源和释放资源，系统按各进程的申请动态地分配资源。

(2) 设计用银行家算法和随机分配算法，实现资源分配的两个资源分配程序，应具有显示或打印各进程依次要求申请的资源数以及依次分配资源的情况。

(3) 确定一组各进程依次申请资源数的序列，在相同的情况下分别运行上述两种资源分配程序，观察运行结果。

银行家算法是避免死锁的一种重要方法，本实验要求用高级语言编写和调试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占用：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。通过这个算法可用解决生活中的实际问题,如银行贷款等.

通过对这个算法的设计,让学生能够对书本知识有更深的理解,在操作和其它方面有更高的提升.

[方案设计及开发过程]

1.随机分配算法:当进程申请资源时，如果系统中现存资源数能满足进程的当前资源申请量，就把资源能会产生死锁。随机分配算法很容易进入死锁.

银行家分配算法，顾名思义是来源于银行的借贷业务，一定数量的本金要应多个客户的借贷周转，为了防止银行加资金无法周转而倒闭，对每一笔贷款，必须考察其是否能限期归还。在操作系统中研究资源分配策略时也有类似问题，系统中有限的资源要供多个进程使用，必须保证得到的资源的进程能在有限的时间内归还资源，以供其他进程使用资源。如果资源分配不得到就会发生进程循环等待资源，每个进程都无法继续执行下去的死锁现象。

把个进程需要和已占有资源的情况记录在进程控制中，假定进程控制块PCB其中“状态”有就绪态、等待态和完成态。当进程在处于等待态时，表示

系统不能满足该进程当前的资源申请。“资源需求总量”表示进程在整个执行过程中总共要申请的资源量。显然，每个进程的资源需求总量不能超过系统拥有的资源总数, 银行算法进行资源分配可以避免死锁.

2.算法描述

随机分配算法:

设进程I提出请求Request[N]，则银行家算法按如下规则进行判断

(1) 如果Request[N]<=A V AILABLE，则转(2)；否则，出错。

(2) 系统分配资源，修改相关数据：

A V AILABLE=A V AILABLE-REQUEST

ALLOCATION=ALLOCATION+REQUEST

NEED=NEED-REQUES

(3) 系统执行安全性检查

银行家算法:

设进程I提出请求Request[N]，则银行家算法按如下规则进行判断。

(1)如果Request[N]<=NEED[I，N]，则转(2)；否则，出错。

(2)如果Request[N]<=A V AILABLE，则转(3)；否则，出错。

(3)系统试探分配资源，修改相关数据：

A V AILABLE=A V AILABLE-REQUEST

ALLOCATION=ALLOCATION+REQUEST

NEED=NEED-REQUEST

(4)系统执行安全性检查，如安全，则分配成立；否则试探险性分配作废，系统恢复原状，进程等待。

3．安全性检查

(1)设置两个工作向量WORK=A V AILABLE；FINISH[M]=FALSE

(2)从进程集合中找到一个满足下述条件的进程，

FINISH[i]=FALSE

NEED<=WORK

如找到，执行(3)；否则，执行(4)

(3)设进程获得资源，可顺利执行，直至完成，从而释放资源。

WORK=WORK+ALLOCATION

FINISH=TRUE

GO TO 2

(4)如所有的进程Finish[M]=true，则表示安全；否则系统不安全。

3.数据结构

假设有M个进程N类资源，则有如下数据结构:

#define W 10

#define R 20

int M ; //总进程数

int N ; //资源种类

int ALL_RESOURCE[W]; //各种资源的数目总和

int MAX[W][R]; //M个进程对N类资源最大资源需求量

int A V AILABLE[R]; //系统可用资源数

int ALLOCATION[W][R]; //M个进程已经得到N类资源的资源量

int NEED[W][R]; //M个进程还需要N类资源的资源量

int Request[R]; //请求资源个数

题目二、演示信号量、临界区、多进程管理

[问题描述]

要求建立三个进程，模拟进入临界区，然后用一个进程进行管理。在操作系统，通过信号量进行访问是很常见的保证进程同步的方法。

[基本要求]

程序运行后，主进程（可以把线程看作进程）就是我们看到的应用程序，这个程序应该理解是一个原语的管理进程，它可能管理我们的临界区，注意是管理，例如可以用一个数来模拟临界区，如果该数大于0，那么临界区可用；如果该数小于0，那么临界区不可用；这个数的改变只能由主线程来做到，而其它的线程如果要申请临界区或退出临界区只能通过对主线程进行申请。

[方案设计及开发过程]

主要考虑建立以下函数，或功能及数据设计：

主进程部分

功能部分：

根据线程的请求分配临界区：如果符合条件（临界区可被申请，而且还有临界区还有资源），那么将该资源分配给申请线程，同时显示一下分配情况；如果不符合条件，那么要求线程等待资源；调功能（3）显示状态信息根据线程的请求释放临界区：如果正在临界区的线程请求退出，则实现DOWN操作，把信号量置位，把资源置位；调功能（3）显示状态信息显示当前的状态，临界区资源的个数等等

数据部分：

要创建线程的名称列表，因此就可以创各种线程（绝对不止两个都可以）模拟临界区资源的一个内存变量，模拟是否使用临界区的另一个内存变量（这是因为事实上的控件都不支持线程内读写）

子线程部分

功能部分：

申请资源：向主线程申请资源，如果成功，进入资源并利用，如果不成功，循环等待并SLEEP，如果10秒后仍没有资源可利用，线程自动停止（以免死锁）并报错误信息

模拟使用：申请得资源后，随机使用一段时间

申请释放；释放资源要向主进程提供申请，如果成功，那么停止，如果不成功，循环等待并SLEEP，如果10秒后仍没有得到主线程的答复，报错误信息并终止；

数据部分：

线程的名称，由线程创建时由主线程指定；

是否申请到资源标志

是否终止标志（因此主线程就可以控制是否将线程终止）

休眠时间：如果申请不到资源或不能申请退出等待的时间

显示的信息列表：显示的信息有“不能申请资源”、“不能退出资源”两种情况（暂这样考虑）