武汉轻工大学

武汉轻工大学数学与计算机学院计算机系统与系统软件课程设计说明书题目：模拟实现银行家算法实现死锁避免专业：信息管理和信息系统班级：信管1202 学号： 1205020225 姓名：夏蒙指导老师：欧阳峥峥2014年9 月10 日一．目的和要求在熟练掌握死锁发生原理和解决死锁问题的基础上，利用一种程序设计语言模拟实现利用银行家算法实现死锁避免，一方面加深对原理的理解，另一方面提高学生通过编程根据已有原理解决实际问题的能力，为学生将来进行系统软件开发和针对实际问题提出高效的软件解决方案打下基础。

二．设计内容模拟实现银行家算法实现死锁避免。

三．设计环境Windows操作系统、VC++6.0C语言四．设计提示模拟实现银行家算法对系统资源进行分配，以防止死锁的出现。

本课题肯定不可能实现对实际操作系统的资源管理，而是通过对模拟资源数据的处理，检测银行家算法在防止死锁出现的作用。

银行家算法描述：第一部分:银行家算法(扫描)1．如果Request<=Need,则转向2;否则,出错2．如果Request<=Available,则转向3,否则等待3．系统试探分配请求的资源给进程4．系统执行安全性算法第二部分:安全性算法1.设置两个向量(1).工作向量:Work=Available(表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源数目)(2).Finish:表示系统是否有足够资源分配给进程(True:有;False:没有).初始化为False2.若Finish[i]=False&&Need<=Work,则执行3;否则执行4(i为资源类别)3.进程P获得第i类资源,则顺利执行直至完成，并释放资源:Work=Work+Allocation;Finish[i]=true;转2请充分理解以上银行家算法描述的核心思想。

（详细银行家算法描述见p95）本课题的设计思路：●需根据教材上银行家算法的描述定义一些模拟数据：系统中资源的种数（假设：n）；每类资源的数量（假设：m1，m2,…,m n）；当前系统中资源的使用情况等。

●设计方法：通过静态数据，人工输入来完成银行家算法的工作流程。

此方法只需给出一个当前系统资源的使用情况的模拟数据矩阵（该数据可事先保存于磁盘文件，程序执行后从该磁盘文件读入矩阵数据），然后通过用户手工输入下一个进程的资源申请要求的一维向量（控制台输入，此方式可以输入各种资源请求的可能情况,以检测当前的资源申请后是否系统处于安全状态）。

五、源程序结构分析及代码实现1．程序结构程序共有以下五个部分：(1).初始化chushihua()：用于程序开始进行初始化输入数据：进程数量、资源种类、各种资源可利用数量、各进程的各种资源已分配数量、各进程对各类资源最大需求数等。

(2).当前安全性检查safe()：用于判断当前状态安全性，根据不同地方的调用提示处理不同。

(3).银行家算法bank()：进行银行家算法模拟实现的模块，调用其他各个模块进行银行家算法模拟过程。

(4).显示当前状态show()：显示当前资源分配详细情况，包括：各种资源的总数量(all)、系统目前各种资源可用的数量、各进程已经得到的资源数量、各进程还需要的资源量。

(5).主程序main()逐个调用初始化、显示状态、安全性检查、银行家算法函数，使程序有序的进行。

2．数据结构程序使用的全局变量：const int x=10，y=10； //定义常量int Available[x]; //各种资源可利用的数量int Allocation[y][y]; //各进程当前已分配的资源数量int Max[y][y]; //各进程对各类资源的最大需求数int Need[y][y]; //还需求矩阵int Request[x]; //申请各类资源的数量int Work[x]; //工作向量，表系统可提供给进程运行所需各类资源数量int Finish[y]; //表系统是否有足够的资源分配给进程，0为否，1为是int p[y]; //存储安全序列int i,j; //全局变量，主要用于循环语句中int n,m; //n为进程的数量,m为资源种类数int l=0,counter=0;3．函数声明void chushihua(); //系统初始化函数void safe(); //安全性算法函数void bank(); //银行家算法函数void show (); //输出当前资源分配情况4．主函数main()int main(){cout<<…… //显示程序开始提示信息chushihua(); //初始化函数调用cout<<endl<<endl;showdata(); //输出初始化后的状态//===判断当前状态的安全性===safe(); //安全性算法函数调用if (l<n){cout<<"\n当前状态不安全，无法申请,程序退出!!!!!"<<endl; cout<<endl;system("pause");sign(); //调用签名函数return 0; // break;}else{int i; //局部变量l=0;cout<<"\n安全的状态!!!"<<endl;cout<<"安全序列为: ";cout<<endl<<"进程"<<"("<<p[0]<<")"; //输出安全序列，考虑显示格式，先输出第一个for (i=1; i<n; i++){cout<<"==>>"<<"进程"<<"("<<p[i]<<")";}for (i=0; i<n; i++) Finish[i]=0; //所有进程置为未分配状态cout<<endl<<endl;}bank(); //银行家算法函数调用return 0;}5. 操作系统银行家算法流程图：初始化函数chushihua()开始输入进程的数量输入资源种类数输入个资源当前可用资源数输入各进程当前已分配的资源数输入各进程对各类资源的最大需求输出提示：输入有误，请重新输入初始化函数chushihua()结束，银行家函数Bank()提出请求REQUEST[i]REQUEST[i]<=NEED[i]REQUEST[i]<=AVAILABLE[[i]Safe(); Error;Error;输出提示：你的请求被拒！输出提示：同意分配请求是否进行再次分配退出程序，银行家算法Bank()结束; 安全性算法Safe()开始Work=AVAILABLE;FINISH=false；NEED[i]<=Work&&FINISH[i]=false;Work+=ALLOCATION[i];FINISH[i]=ture;所有进程的FINISH=ture；安全，输出安全序列Return ture；安全算法safe()结束输出提示：系统是不安全的AVAILABLE[i]-=REQUE ST[i]；ALLOCATION[i]-=REQU EST[i];NEED[i]+=REQUEST[i]；2.源程序代码：#include <iostream.h>#include <vector>#include <iomanip>using namespace std;#define TRUE 1 //定义 TRUE =1#define FALSE 0 //定义 FLASE=0voidbank(vector<int>,vector<vector<int> >,vector<vector<int> >,int ,int ); //声明bank（应行家算法）int safe(vector<int> Available,vector<vector<int> >Need,vector<vector<int> > Allocation,int n,int m);//声明safe（）安全性算法void init();/*************************************主函数main()**************************************************************/void main(){init();int safe(vector<int> Available,vector<vector<int> >Need,vector<vector<int> > Allocation,int n,int m);}/**************************************初始化函数init()*********************************************************/void init(){int m; //m资源类数int n; //进程数cout<<"输入资源类数"<<endl;cin>>m;vector<int> Available(m); //动态申请数组Available可用资源向量cout<<"输入各类资源总数:"<<endl;/**************************************************************** ********//* 下面的被刚掉的为在DOS下输入资源向量*//*未被刚掉的是从Available.txt文件中读入数据*//**************************************************************** ********//*/for (int i=0;i<m;i++){cout<<"输入R"<<i<<"类资源总数:";cin>>Available[i];}//*/FILE *fp;fp=fopen("Available.txt","r+");cout<<"从Available.txt文件中读入数据，并输出"<<endl;for(int i=0;i<m;i++){fscanf(fp,"%d",&Available[i]);cout<<Available[i]<<'\t';}fclose(fp);cout<<"\n输入进程数"<<endl;cin>>n;vector<vector<int> > Max(n, vector<int>(m));/**************************************************************** ********//* 下面的被刚掉的为在DOS下输入资源向量*//*未被刚掉的是从Max.txt文件中读入数据*//**************************************************************** ********//*for ( i=0;i<n;i++){cout<<"输入进程"<<i<<"的最大需求向量";for (int j=0;j<m;j++){cout<<" 输入需要R"<<j<<"类资源的最大数目";cin>>Max[i][j];while (Max[i][j]>Available[j]){cout<<j<<"类资源最大需求超过该类资源总量，重新输入";cin>>Max[i][j];}}}//*/fp=fopen("Max.txt","r+");cout<<"从Max.txt文件中读入数据，并输出"<<endl;for(i=0;i<n;i++){for (int j=0;j<m;j++){fscanf(fp,"%d",&Max[i][j]);cout<<Max[i][j]<<" ";}cout<<endl;}fclose(fp);cout<<"输入已分配的Allocation"<<endl;vector<vector<int> > Allocation(n, vector<int>(m));vector<vector<int> > Need(n, vector<int>(m));/**************************************************************** ********//* 下面的被刚掉的为在DOS下输入资源向量*//*未被刚掉的是从Allocation.txt文件中读入数据*//**************************************************************** ********//*for ( i=0;i<n;i++){cout<<"输入为进程"<<i<<"的分配向量";for (int j=0;j<m;j++){cout<<" 输入分配R"<<j<<"类资源的数目";cin>>Allocation[i][j];while(Allocation[i][j]>Max[i][j]){cout<<j+1<<"类资源最大需求超过该类需求资源总量，重新输入";cin>>Allocation[i][j];}Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j];Available[j] =Available[j]-Allocation[i][j];}}//*/fp=fopen("Allocation.txt","r+");cout<<"Allocation.txt从文件中读入数据，并输出"<<endl;for(i=0;i<n;i++){for (int j=0;j<m;j++){fscanf(fp,"%d",&Allocation[i][j]);Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j]; //在初始化Max时，同时初始化Need数组Available[j] =Available[j]-Allocation[i][j]; //在初始化Max时，同时修改Available数组cout<<Allocation[i][j]<<' ';}cout<<endl;}fclose(fp);int safe(vector<int> Available,vector<vector<int> >Need,vector<vector<int> > Allocation,int n,int m);cout<<"此状态安全!"<<endl;bank(Available,Need,Allocation,n,m);//调用银行家算法bank()函数}/**************************************银行家算法bank()函数*********************************************************/void bank(vector<int> Available,vector<vector<int> >Need,vector<vector<int> > Allocation,int n,int m){vector<int> Request(m);int all=0;//定义变量all，如果all==0，表示进程已经运行完，如果all>=1，表示还有进程没有运行完for (int i=0;i<n;i++)for(int j=0;j<m;j++)all +=Need[i][j];if (0==all){cout<<"所有进程已经运行完，结束"<<endl;exit(0);}int jc;//任选一个进程char again;all=0;//重新初始化all，while (1){while (all==0){all=0;//如果all==0，表示进程已经运行完，如果all>=1，表示还有进程没有运行完//循环直至all>0,即找到一个未运行完的进程cout<<"任选一个进程作为当前进程0--"<<n-1<<endl;cin>>jc;for (int j=0;j<m;j++){all += Need[jc][j];}if (0==all){cout<<"此进程已经运行，重新输入"<<endl;}}cout<<"输入该进程的请求向量"<<endl;for (i=0;i<m;i++){cin>>Request[i];while(Request[i]>Need[jc][i]||Request[i]>Available[i]){cout<<"请求向量无法满足"<<endl;break;}}///////////////////////////////////////////////////////////////// ///////////系统试探着把资源分配给该进程///////////////////////////////////////////for (i=0;i<m;i++){Available[i]=Available[i]-Request[i];Allocation[jc][i]=Allocation[jc][i]+Request[i];Need[jc][i]=Need[jc][i]-Request[i];}int bb=0;bb=safe(Available,Need,Allocation,n,m);//调用安全性算法，判断此次资源分配后，系统是否处安全状态if (1==bb){cout<<"系统成功分配资源"<<endl;}else{cout<<"系统未能成分配资源,收回预分配资源"<<endl;for (i=0;i<m;i++){Available[i]=Available[i]+Request[i];Allocation[jc][i]=Allocation[jc][i]-Request[i];Need[jc][i]=Need[jc][i]+Request[i];}}cout<<"您还想再次请求分配吗?是请按y/Y,否请按其它键"<<endl;cin>>again;if(again=='y'||again=='Y'){all=0;continue;}break;}}/**************************************安全性算法safe()函数*********************************************************/int safe(vector<int> Available,vector<vector<int> >Need,vector<vector<int> > Allocation,int n,int m){vector<int> Work(m),Finish(n);//申请工作向量work，finish Work=Available;vector<int> count(n); //记录安全序列int len=-1; //记录安全序列的进程个数，如果len==n，即表示所有的finish【i】=true，处于安全状态for(int i=0;i<m;i++)Finish[i]=FALSE;for (i=0;i<n;i++){int needed=1;for (int j=0;j<m;j++){if(Need[i][j]<=Work[j]){needed=needed*TRUE;}else needed=needed*FALSE;}if ((Finish[i]==FALSE)&&needed==1){for (j=0;j<m;j++){Work[j]=Work[j]+Allocation[i][j];}Finish[i]=TRUE;len=len+1;count[len]=i;i=-1;}}if (len==n-1){cout<<"系统是安全的"<<endl;cout<<"安全序列"<<endl;for (i=0;i<=len;i++){cout<<count[i];if (i!=len){cout<<"-->";}}cout<<endl;return TRUE;}else{cout<<"系统是不安全的"<<endl; return FALSE; }} 运行结果：1.初始化结果2.检测系统资源分配是否安全结果：六、课程设计的总结操作系统的基本特征是并发与共享。