操作系统课程设计(银行家算法)

操作系统课程设计(银行家算法)
操作系统
课程设计说明书题目: 银行家算法模拟
院系：计算机科学与工程学院
专业班级：计算机10-5班
学号： **********
学生姓名：***
指导教师：***
2013年 1月 9日
安徽理工大学课程设计（论文）任务书
计算机科学与工程学院计算机科学与技术系
学号20103031
57
学生
姓名
张绪磊
专业（班
级）
计算机
10-5班
设计题目
银行家算法模拟
设计技术参数系统平台：Windows 7 开发工具：vc++ 6.0 开发语言：c/c++语言
设计要求1.系统基本实现安全性、添加资源、修改资源、配置资源等算法。

2.要求系统能实现人机交互，界面友好。

3.当输入一组资源和作业的数量时，可以根据其需求量判断系统安全性。

工作量1.设计报告要求不少于4000字。

2.源程序要求不少于300行
工作计划2012.11.21~2012.11.28算法的分析及系统的功能分析
2012.11.29~2012.12.03 系统的总体设计2012.12.04~2012.12.10 系统功能的详细设计
2012.12.11~2012.12.24 系统的编码设计和界面设计
2012.12.25~2013.01.01 系统的调试及测试
2013.01.02~2013.01.09 撰写课程设计报告
参考资料[1]汤小丹，梁红兵，哲凤屏，汤子瀛.计算
机操作系统.第三版.西安：西安电子科技大学出版社，2007
[2] 谭浩强. C程序设计.第三版.北京：清
华大学出版社，2005
[3]张海藩.软件工程导论.第五版.北京：清
华大学出版社，2008
[4] 冯博琴.Visual C++与面向对象程序设计教程.第三版. 高等教育出版社; 2010
指导教
系主任签字
师签字
安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表
学生姓名：张绪磊学号： 2010303157 专业班级：计算机10-5班设计题目：银行家算法模拟
指导教师评语：
成绩：
指导教师：
年月日
摘要
银行家算法是一个用来预防系统进入死锁状态的算法，用它可以判断系统的安全性，如果系统当前处于安全状态，则可以为申请资源的进程分配资源；如果不是安全状态，则不能为申请资源的进程分配资源。

银行家算法执行过程中，首先判断申请资源的进程所申请的资源数目是否合法，若是合法的，则可以为其进行试分配，再利用安全性算法求出安全序列，如果存在安全序列，则说明可以给申请资源的进程分配资源，分配成功，继续为其它进程服务。

如果找不到安全序列，则说明为该进程分配资源后系统会进入不安全状态，所以不能为该进程分配资源，使该进程进入阻塞状态。

若申请资源的进程申请的资源数目不合法，则不需要进行试分配，直接使其进入阻塞状态，处理其他申请资源的进程。

关键词：可用资源，最大需求矩阵，分配矩阵，需求矩阵，
安全性算法，安全序列
目录
1.绪论 (1)
1.1系统分工 (1)
1.2课题背景 (1)
1.3死锁 (2)
1.4安全性 (2)
1.5算法设计思想 (2)
2.需求分析 (3)
2.1基本要求 (3)
2.2模块划分 (3)
3.总体设计 (4)
3.1算法设计 (4)
3.2模块设计 (5)
4.详细设计 (7)
4.1程序流程图 (7)
4.2主要函数的核心代码 (7)
5.程序测试 (13)
5.1界面设计 (13)
5.2数据测试 (14)
5.3操作提示 (15)
6.总结 (17)
参考文献 (18)
1.绪论
1.1系统分工
银行家算
法模拟
设计内容及其说明
本人设计内容主要和组员张鑫设计MFC界面和代码的调试，涉及主要功能代码，包括其他组员设计的主要函数代码嵌入到MFC中，主要编写了银行家算法。

对MFC程序遇到的错误修改、功能缺失及算法不健壮等问题作了修改。

之后和其他组员一起将其他的功能嵌入到程序里，主要是添加资源，删除资源，修改资源，分配资源和增加作业功能，最终完成了了一个整体的银行家算法。

其他组员
设计内容
添加资源，修改资源，删除资源，分配资源，增加作业。

1.2课题背景
在多道程序系统中，虽可以借助多个进程的并发执行来改善系统的资源利用率，提
高系统吞吐量，但可能发生一种危险——死锁，即多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，若无外力作用，将无法再向前推进。

如此，寻求一种避免死锁的方法便显得有为重要。

死锁的产生一般的原因有两点：竞争资源和进程间推进顺序非法。

因此，我们只需在当前的有限资源下，找到一组合法的执行顺序，便能很好的避免死锁，我们称它为安全序列。

而银行家算法起源于银行系统的发放贷款，和计算机操作系统的资源分配完全符合，因此可以借鉴该算法的思想，设计出一种有效的算法程序，解决该问题。

1.3死锁
所谓死锁：是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。

此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。

由于资源占用是互斥的，当某个进程提出申请资源后，使得有关进程在无外力协助下，永远分配不到必需的资源而无法继续运行，这就产生了一种特殊现象：死锁。

在计算机系统中，涉及软件，硬件资源都可能发生死锁。

例如：系统中只有一台CD-ROM驱动器和一台打印机，某一个进程占有了CD-ROM驱动器，又申请打印机；另一进程占有了打印机，还申请CD-ROM。

结果，两个进程都被阻塞，永远也不能自行解除。

1.4安全性
全序列的的实际意义在于：系统每次进行资源分配后，如果对于系统中新的资源状况，存在一个安全序列，则至少存在一条确保系统不会进入死锁的路径。

按照该序列，银行家可以实施一个有效的分配过程使得所有客户得到满足，行家算法的核心在于安全序列的产生。

安全序列正是一种安全的进程推进顺序。

1.5算法设计思想
我们可以把操作系统看作是银行家，操作系统管理的资源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，当进程首次申请资源时，要测试该进程对资源的最大需求量，如果系统现存的资源可以满足它的最大需求量则按当前的申请量分配资源，否则就推迟分配。

当进程在执行中继续申请资源时，先测试该进程已占用的资源数与本次申请的资源数之和是否超过了该进程对资源的最大需求量。

若超过则拒绝分配资源，若没有超过则再测试系统现存的资源能否满足该进程尚需的最大资源量，若能满足则按当前的申请量分配资源，否则也要推迟分配。

2.需求分析
2.1基本要求
（1）从键盘输入当前系统的资源信息，包括当前可用资源，每个进程对各类资源的最大需求量，每个进程当前已分配的各个资源量和每个进程尚需要的各个资源量，输出结果显示在界面上。

（2）输入进程请求，按照设计好的安全性算法进行检查，得到结果并输出整个执行过程的相关信息和最终结果（主要包括资源分配表和安全序列）。

（3）要求要有各种异常的处理，程序的可控制性和可连续性执行。

包括对进程的存在有无检查，请求向量的不合法检查，试分配失败后的数据恢复和重新接受进程请求等。

2.2模块划分
（1）分配模块
输入一组资源及作业的数量，分配资源及作业的各项属性。

再配置作业的资源最大需求量及已申请的资源属性。

以及资源的添加、修改、删除和分配功能，此外，还有对作业的添加。

(2)判定模块
通过银行家算法对已经分配完毕的资源及作业的属性进行判断，判断申请是否大于需求，若大于则出错，则提示出错信息；判断申请是否大于当前资源，若大于则出错，则提示出错信息。

（3）检查模块
根据银行家算法进行资源分配后，检查资源分配后的系统状态是否处于安全状态之中，以避免死锁的发生。

当资源分配可行时，则分配；若安全性算法不能通过，则不予分配，以保证系统的安全和死锁的不发生。

3.总体设计
3.1算法设计
(1)银行家算法的实现，需要用到以下主要数据：
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
CString name[100]={""};//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
int dqzysl=3,zysl=0,worksl=0;
int sign;
a)资源及作业属性配置:这是对资源和作业的分配过程，在实现银行家算法之前，需有资源和作业的属性信息，才可以验证银行家算法及安全性算法，最终实现银行家算法。

b)银行家算法:银行家算法是对资源分配进行判断，判断资源分配的可行性，以免导致死锁的发生，是避免死锁的重要一步。

c) 安全性算法:安全性算法是对于安全性检查算法主要是根据银行家算法进行资源分配后，检查资源分配后的系统状态是否处于安全状态之中。

(2)银行家算法中用到的主要数据结构:
可利用资源向量 int Available[j] j为资源的种类。

最大需求矩阵 int Max[i][j] i为进程的数量。

分配矩阵 int Allocation[i][j]
需求矩阵 int need[i][j]= Max[i][j]- Allocation[i][j]
申请各类资源数量 int Request i[j] i进程申请j资源的数量
工作向量 int Work[x] int Finish[y]
3.2模块设计
（1）主要模块如图3-1。

图3-1主要模块
（2）子模块如图3-2。

银行家
资源及作
银行家算
安全性算
信息显示
配置资源及添加资源
添加作业
修改资源
分配资源
增加作业
删除资源
配置已申请
配置最大资
银行家算法
银行家算法
图3-2子模快
4.详细设计
4.1程序流程图
图4-1系统流程图
4.2主要函数的核心代码
（1）添加资源
此处代码的实现的功能是添加资源名称，资源数量和作业数量，并且在下一步操作后提示资源是否成功添加。

由于输入的资源数不止一个，输入的数据可能会出错，因此这里用到了if 条件语句和for 循环语句。

当输入的数据不合法时，弹出对话框提示出错。

void CBank123Dlg::Onaddzy()
{// TODO: Add your control notification handler code here
UpdateData(TRUE);
Y Y Y 处理开始 分配资源银行家算输出结果
安全性算Y N
N N N
CString str=""；
if(dqzysl>0){
sign=1;
for(int i=0;i<3;i++){
if(name[i]==m_zymc && m_zymc!=""){
sign=0;
str="该资源已存在！";
}}
if(m_zymc!="" && m_zysl!=0 && sign==1 ){
Avaliable[3-dqzysl]=m_zysl;
name[3-dqzysl]=m_zymc;
zysl++;
MessageBox("数据输入成功！若不配置资源，请配置作业数量！\n系统现在共有
"+conver(4-dqzysl)+"个资源。

\n当前输入资源名称为："+name[3-dqzysl]+"\t数量为：
"+conver(Avaliable[3-dqzysl]),"提示", MB_OK );
dqzysl--;}
else MessageBox("输入数据不合法！"+str,"提示", MB_OK ); }
else MessageBox("错误！当前系统支持资源数目为3个！您已经分配3个了！请
配置作业数量！","提示", MB_ICONEXCLAMATION );
UpdateData(FALSE);
}
（2）银行家算法
a.如果Requestj＜Need or Requestj=Need,则转向步骤b；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。

b如果Request＜Available or Request=Available,则转向步骤c；否则，表示系
统中尚无足够的资源，进程必须等待。

c.系统试探把要求的资源分配给进程Pi,并修改下面数据结构中的数值：Available=Available-Request[i]; Allocation=Allocation+Request; Need=Need-Request;
d.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。

for (j=0;j<zysl;j++){
if(Request[j]>Need[i][j]) { //判断申请是否大于需求，若大于则出错
msg="进程"+conver(i)+"申请的资源大于它需要的资源\n";
msg+=" 分配不合理，不予分配！\n";
MessageBox(msg,"提示",MB_OK);
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msg="进程"+conver(i)+"申请的资源大于系统现在可利用的资源\n";
msg+=" 分配出错，不予分配!\n";
MessageBox(msg,"提示",MB_OK);
ch='n'; break;
}}
（3）安全性算法
a.设置两个向量①工作向量Work。

它表示系统可提供进程继续运行所需要的各类资源数目，执行安全算法开始时，Work=Allocation; ②布尔向量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Finish[i]=false，当有足够资源分配给进程时，令Finish[i]=true。

b.从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：①Finish[i]=false ②Need<or=Work 如找到，执行步骤c；否则，执行步骤d。

c.当进程P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=Work+Allocation; Finish[i]=true; 转向步骤b。

d.如果所有进程的Finish[i]=true,则表示系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态。

CString safe()//安全性算法
{int i,k=0,m,apply,Finish[100]={0};
int j;int flag=0;CString str3;
Work[0]=Avaliable[0];Work[1]=Avaliable[1];Work[2]=Avaliable[2];
for(i=0;i<worksl;i++){ apply=0;
for(j=0;j<zysl;j++){
if (Finish[i]==False&&Need[i][j]<=Work[j]){ apply++;
if(apply==zysl){for(m=0;m<zysl;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<worksl;i++){
if(Finish[i]==False)
{ CString str2="系统不安全"; return str2;}}
s tr3="系统是安全的！分配的序列:\n";
for(i=0;i<worksl;i++){//输出运行进程数组
str3=str3+conver(temp[i])+"\t";
if(i<worksl-1) str3=str3+"->";}
str3+="\n";return str3;}
（4）修改资源
输入的资源可能不符合自己的需要，或者需要用到其他的资源，这时可以不必重新输入资源数量，在原有的基础进行修改即可，此段代码的作用就是修改资源的名称和数量。

void CBank123Dlg::Onxgzy() {// TODO: Add your control notification handler code here
UpdateData(TRUE);
int sign=0;
if(m_zymc!="" && m_zysl!=0 ){
for(int i=0;i<zysl;i++){
if(name[i]==m_zymc){
Avaliable[i]=m_zysl;
MessageBox("资源修改成功！","提示",MB_OK);
sign=1;
CBank123Dlg::Onfinish();
}}
if(sign==0) MessageBox("资源不存在！","提示",MB_OK);}
else MessageBox("请在资源的名称和资源数量输入合法数据！","提示",MB_OK);
UpdateData(FALSE);}
（5）删除资源
资源不需要的时候应该删除，当资源名称不存在和输入的资源名称为空时，提示重新进行操作。

void CBank123Dlg::Onsczy() {// TODO: Add your control notification handler code here UpdateData(TRUE);
CString ming;
ming=m_zymc;
int i,flag=1,sign=0;
if(ming!=""){
for(i=0;i<zysl;i++){
if(ming==name[i]){
flag=0;}
else sign++; }
if(sign==zysl) MssageBox("该资源名称不存在，请重新输入!","提示",MB_OK);
if(flag==0){
for(int j=i;j<zysl-1;j++){
name[j]=name[j+1];
Avaliable[j]=Avaliable[j+1]; }
zysl=zysl-1;
CBank123Dlg::Onfinish();
CBank123Dlg::Onshow();}}
else MessageBox("资源名称不能为空，请重新输入!","提示",MB_OK);
UpdateData(FALSE);}
（6）增加资源和输出矩阵
资源的数量不够时，需要再次输入，增加成功后提示下一步操作。

在输入框里输入矩阵数据，然后配置资源最大需求量，可以在系统状态显示区看到系统状态信息。

void CBank123Dlg::Onzjwork() {
UpdateData(TRUE);worksl++;
int flag=2;
if(m_data!=""){ CString str=m_data;
char *csInput; csInput=str.GetBuffer(str.GetLength());
//提取字符串，把单词存放在数组csInput中
char seps[]= ","; //字符串以空格分隔符
char *token;
token = strtok( csInput, seps );
char *csEditInput[100];
int index=0; //全局变量
while( token != NULL )
{ //把提取到的单词存放到数组csEditIput中
csEditInput[index]=token; /* 把单词存放在数组csEditInput中" */
index++; token = strtok( NULL, seps );
}/* Get next token: */
int count=0;
for(int j=0;j<zysl;j++){
Max[worksl-1][j]=atoi(csEditInput[count]);
Need[worksl-1][j]=Max[worksl-1][j]-Allocation[worksl-1][j];
count++; }flag=0;
}
else MessageBox("请按配置说明在数据输入区输入相关矩阵数据！","提示",MB_OK);if(flag==0)
{
MessageBox("增加作业成功!请点击【配置信息完成】按钮。

","提示",MB_OK);}UpdateData(FALSE);
5.程序测试
5.1界面设计
（1）主界面如图5-1。

图5-1系统主界面（2）系统使用说明如图5-2。

图5-2使用说明
5.2数据测试
（1）配置资源及作业属性如图5-3。

输入数据为：资源名称n,资源数量4，作业数量2。

图5-3资源配置
（2）配置资源最大需求量及配置已申请资源如图5-4和图5-5。

图5-4配置资源最大需求量
图5-5配置已申请资源
（3）安全性算法如图5-6。

图5-6安全性算法（4）系统状态信息如图5-7。

图5-7系统状态5.3操作提示
（1）修改资源操作结果提示如图5-8。

图5-8修改资源（2）分配资源成功和增加作业成功如图5-9和图5-10。

图5-9 分配资源成功图5-10增加作业成功
（3）修改资源失败和删除资源失败如图5-11和图5-12。

图5-11修改资源失败图5-12删除资源失败
6.总结
操作系统的基本特征是并发与共享。

系统允许多个进程并发执行，并且共享系统的软、硬件资源。

为了最大限度的利用计算机系统的资源，操作系统应采用动态分配的策略，但是这样就容易因资源不足，分配不当而引起“死锁”。

而我本次课程设计就是得用银行家算法来避免“死锁”。

银行家算法就是一个分配资源的过程，使分配的序列不会产生死锁。

课程设计过程中我学到了很多实用性的知识，除了加深自己对这个算法的理解，而且对以前的知识也做到了温故而知新。

在和同学做MFC时，发现自己已经忘了好多东西，因此开始时花了很久才弄明白操作的基本步骤。

在做课程设计的这段日子里，我深刻感受到唯有自己去动手，才能了解更多的东西。

在此感谢给予我帮助的老师和同学。

参考文献
[1]汤小丹，梁红兵，哲凤屏，汤子瀛.计算机操作系统.第三版.西安：西安电子科技大学出版社，2007
[2] 谭浩强. C程序设计.第三版.北京：清华大学出版社，2005
[3]张海藩.软件工程导论.第五版.北京：清华大学出版社，2008
[4] 冯博琴.Visual C++与面向对象程序设计教程.第三版. 高等教育出版社; 2010。