操作系统 银行家算法实验报告

《计算机操作系统》课程设计题目银行家算法分析学院计算机与软件学院专业网络工程班级2012级1班学号20121346001姓名方锡指导教师岳键起止时间2014.5.20~2014.6.3一、实验报告设计背景1.1. 产生死锁的原因：我们知道，多个进程在运行的时候因为争夺资源会产生死锁的情况，当进程出浴照这种情况的时候，若无外力作用，他们将处于无法再向前推进的状态，而根据课本知识可知，预知，可以通过预防死锁或者避免死锁的方法来解决这一问题，通过使产生死锁的四个必要条件的第2、3、4个条件之一不能成立来避免死锁的发生。

1.2. 产生的死锁的必要条件：（1）互斥条件；（2）请求和保持条件；（3）不可剥夺条件；（4）环路等待。

1.3.银行家算法介绍通过实践可以看出，预防死锁虽然可以预防死锁的发生，但是牺牲了进程的执行效率，同时，在预防死锁的过程中需要考虑到对用户的资料的安全性，所以就需要考虑到利用一些特别的算法来避免死锁，其中最具代表性的算法就是Dijkstra的银行家算法，这是由于该算法能用于银行系统现金贷款的发放而得名的。

它通过自己特有的算法，在每次分配进程系统资源时候会先试探性的假设分配资源给进程，然后通过安全性算法检测此次分配是否会导致系统进入不安全状态，如果安全则直接进行资源分配，如果不安全则暂不分配。

所以本次试验报告就是要深入了解银行家算法的原理和运行过程。

二．银行家算法的原理2.1 银行家算法的思路算法会先对用户提出的请求进行合法性检查，即检查请求的是不大于需要的，是否不大于可利用的。

若请求合法，则进行试分配。

最后对试分配后的状态调用安全性检查算法进行安全性检查。

若安全，则分配，否则，不分配，恢复原来状态，拒绝申请。

2.2 银行家算法中的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]2.3银行家算法设Request i是进程P i的请求向量，如果Request i[j]=K，表示进程P i需要k个Rj类型的资源，当P i发出资源请求后，系统按照下述步骤进行检查：(1)如果Request i[j]≤Need[j],便转向步骤（2）；否则认为出错，因为它所需要的资源数已经超过它所宣布的最大值。

(2)如果Request i[j]≤Available[j]，便转向步骤（3）；否则，表示尚无足够资源，P i须等待。

(3)系统试探着将资源分配给进程P i，并修改下面数据结构中的数值：Available[j]:=Available[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P i，以完成本次分配；否则本次的试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程P i等待。

2.4安全性检查算法（safe()函数）(1)设置两个向量：工作向量Work，它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目，在执行安全性算法开始时，Work= Available。

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]=0；当有足够的资源分配给进程时，再令Finish[i]=1。

(2)在进程中查找符合以下条件的进程：条件1：Finish[i]=0；条件2：need[i][j]<=Work[j]若找到，则执行步骤(3)否则，执行步骤(4)(3)当进程获得资源后，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[j]= Work[j]+ Allocation[i][j]；Finish[i]=1；goto step 2；(4)如果所有的Finish[i]=1都满足，则表示系统处于安全状态，否则，处于不安全状态。

三、设计思路(1)本次实验我用java语言来实现对n个进程采用优先权优先算法以及轮转算法的进程调度。

(2)每个用来标识进程的进程控制块PCB用结构来描述，包括以下字段：1）进程标识ID，其中0为闲逛进程，用户进程的标识数为1，2，3…。

2）进程优先级Priority，闲逛进程（idle）的优先级为0，用户进程的优先级大于0，且随机产生，标识数越大，优先级越高。

3）进程占用的CPU时间CPUtime，进程每运行一次，累计值等于4。

4）进程总共需要运行时间Alltime，利用随机函数产生。

5）进程状态，0－就绪态；1－运行态；2－阻塞态。

6）队列指针next，用来将多个进程控制块PCB链接为队列。

(3)优先数改变的原则1）进程在就绪队列中每呆一个时间片，优先数增加1。

2）进程每运行一个时间片，优先数减3。

(4)在调度前，系统中拥有的进程数PCB_number由键盘输入，经初始化后，所有的进程控制块PCB链接成就绪队列。

四、实现实验的java代码package faxi;import java.util.*;public class Bank {public static void main(String[] args) {int process;//定义进程数量int resource=3;//定义资源种类是3int[] available;//可利用的资源int[][] max,allocation,need;//分别是最大的需求数、已分配的资源、需求资源Scanner scanner=new Scanner(System.in);System.out.print("请输入进程数>>");process=scanner.nextInt();System.out.print("请输入可利用资源向量（已定义3个资源种类）>>");available=new int[resource];for (int i = 0; i < resource; i++) {available[i]=scanner.nextInt();}System.out.println("请输入分配矩阵");allocation=new int[process][resource];for (int i = 0; i <process ; i++) {System.out.print("请输入进程"+(i+1)+"已分配的资源数>>");for (int j = 0; j < resource; j++) {allocation[i][j]=scanner.nextInt();}}System.out.println("请输入最大需求矩阵");max=new int[process][resource];for (int i = 0; i <process ; i++) {System.out.print("请输入进程"+(i+1)+"最大需求的资源数>>");for (int j = 0; j < resource; j++) {max[i][j]=scanner.nextInt();}}need=new int[process][resource];for (int i = 0; i < process; i++) {for (int j = 0; j < resource; j++) {need[i][j]=max[i][j]-allocation[i][j];}}System.out.println();/** 打印资源分配表* */System.out.println("To时刻的资源分配表");System.out.println(" 进程max\t\tallocation\t need\t\tavailable");System.out.print("P0 ");for (int i = 0; i <resource; i++) {System.out.print(max[0][i]+" ");}System.out.print(" ");for (int i = 0; i <resource; i++) {System.out.print(allocation[0][i]+" ");}System.out.print(" ");for (int i = 0; i <resource; i++) {System.out.print(need[0][i]+" ");}System.out.print(" ");for (int i = 0; i <resource; i++) {System.out.print(available[i]+" ");}System.out.println();for (int i = 1; i < process; i++) {System.out.print("P"+i+" ");for (int j = 0; j < resource; j++) {System.out.print(max[i][j]+" ");}System.out.print(" ");for (int j = 0; j < resource; j++) {System.out.print(allocation[i][j]+" ");}System.out.print(" ");for (int j = 0; j < resource; j++) {System.out.print(need[i][j]+" ");}System.out.println();}/*** 检查安全序列* */int[] work=new int[3];//定义一个数组work用来存放可利用的资源数目for (int i = 0; i < work.length; i++) {work[i]=available[i];//初始化work}boolean[] finish=new boolean[process];//定义标志finish，表示分配资源的置为true，没有非配的置为falsefor (int i = 0; i < process; i++) {finish[i]=false;//初始化数组finish}int[] array=new int[process];//定义一个数组保存安全序列int num=1;int count1=1;while(num<process){for (int i = 0; i < process; i++) {for (int j = 0; j < 3; j++) {if(finish[i]==false){if(need[i][0]<=work[0]&&need[i][1]<=work[1]&&need[i][2]<=work[2]){for (int j2 = 0; j2 < resource; j2++) {work[j2]=work[j2]+allocation[i][j2];}finish[i]=true;array[count1-1]=i;count1++;}}}}num++;}int count=0;for (int i = 0; i < array.length; i++) {if(finish[i]==true){count++;}}if(count==process){System.out.println("存在一个安全序列：");for (int i = 0; i < array.length; i++) {System.out.print("P"+array[i]+" ");}}else{System.out.println("系统处于不安全状态！");}System.out.println();/*** 以下是进程请求资源时的情况* */boolean flag=true;while(flag){int[] req=new int[resource];System.out.print("请输入您要请求资源的编号>>");int choose=scanner.nextInt();System.out.print("请输入该进程的请求向量>>");for (int i = 0; i < resource; i++) {req[i]=scanner.nextInt();}if(req[0]<=need[choose][0]&&req[1]<=need[choose][1]&&req[2]<=need[ch oose][2]){if(req[0]<=available[0]&&req[1]<=available[1]&&req[2]<=available[2]) {for (int i = 0; i < resource; i++) {available[i]=available[i]-req[i];allocation[choose][i]=allocation[choose][i]+req[i];need[choose][i]=need[choose][i]-req[i];}int[] work1=new int[3];for (int i = 0; i < work1.length; i++) {work1[i]=available[i];}boolean[] finish1=new boolean[process];for (int i = 0; i < process; i++) {finish1[i]=false;}int[] array1=new int[process];int num1=1;int count11=1;while(num1<process){for (int i = 0; i < process; i++) {for (int j = 0; j < 3; j++) {if(finish1[i]==false){if(need[i][0]<=work1[0]&&need[i][1]<=work1[1]&&need[i][2]<=work1[2]) {for (int j2 = 0; j2 < resource; j2++) {work1[j2]=work1[j2]+allocation[i][j2];}finish1[i]=true;array1[count11-1]=i;count11++;}}}}num1++;}int count2=0;for (int i = 0; i < array1.length; i++) {if(finish1[i]==true){count2++;}}if(count2==process){System.out.println("存在一个安全序列：");for (int i = 0; i < array1.length; i++) {System.out.print("P"+array1[i]+" ");}}else{System.out.println("系统处于不安全状态！");flag=false;}System.out.println();}else{System.out.println("资源不够清等待！");}}//if结束else{System.out.println("请求资源已超过所需资源！");} }//while结束}}实验截图如下：五、实验总结完成本次实验报告是结合了这学期所学的java语言的知识然后结合操作系统课本上的解释和在网上搜索的资料等整理出来的java语言代码，完成实验报告的同时也提高了自身的java语言的编程能力，本次课程设计对自己的提升很大！。