操作系統(tǒng)實驗報告

PAGE銀行家算法課程設計報告PAGE5/20目錄一、需求分析…………………2二、系統(tǒng)概要設計……………2三、系統(tǒng)詳細設計………………4四、系統(tǒng)主要源代碼……………5五、系統(tǒng)測試及調試……………5六.、心得體會……………………8七、參考文獻……………………9八、附錄…………9

操作系統(tǒng)課程設計報告課設內容簡介：銀行家算法的模擬實現(xiàn)。一、需求分析控制工作流程，管理資源，為用戶服務，是操作系統(tǒng)的主要功能。在資源管理中，操作系統(tǒng)的任務是使各種系統(tǒng)資源得到充分合理的應用，解決用戶作業(yè)因資源而產(chǎn)生的矛盾，并合理的讓用戶再合適的時間內得到其應有的服務?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)引入了多道程序設計技術，允許鎖個進程同時駐留內存并發(fā)執(zhí)行。若干個進程將不可避免地競爭系統(tǒng)資源，如果操作系統(tǒng)不能夠協(xié)調多個進程對系統(tǒng)資源的競爭與共享，將會導致執(zhí)行結果異常，系統(tǒng)不穩(wěn)定、失效等多種問題，從而產(chǎn)生死鎖，產(chǎn)生死鎖的原因可分為兩種：（1）競爭資源引起死鎖（2）進程推進順序不當引起死鎖。銀行家算法是一種代表性的避免死鎖的算法，在進程申請資源的時候，系統(tǒng)調用銀行家算法來檢測此次分配會不會導致死鎖的產(chǎn)生，及判斷此次分配的安全性。若檢測到此次分配是安全的則分配給申請進程所申請的資源，若檢測到此次分配是不安全的，則相應的進程等待。二、系統(tǒng)概要設計（1）系統(tǒng)主要功能：系統(tǒng)運用銀行家算法先對用戶提出的計算機系統(tǒng)資源請求進行合法性檢查，再進行預分配，利用安全性檢查算法進行安全性檢查，后決定是否給相應進程動態(tài)分配資源。（2）系統(tǒng)模塊功能結構：（3）運行環(huán)境要求：相關工具：MicrosoftVisualC++6.（4）數(shù)據(jù)結構設計及相關說明：

（1）、可利用資源向量

INT

AVAILABLE[M]

M為資源的類型。

（2）、最大需求矩陣

INT

MAX[N][M]

N為進程的數(shù)量。

（3）、已分配矩陣

INT

ALLOCATION[N][M]

（4）、還需求矩陣

INT

NEED[N][N]

（5）、申請各類資源數(shù)量intRequest[x];//

（6）、工作向量

intWork[x];

（7）、intFinish[y];//表示系統(tǒng)是否有足夠的資源分配給進程，0為否，非0為是

三、系統(tǒng)詳細設計

（1）、系統(tǒng)初始化。輸入進程數(shù)量，資源種類，各進程已分配、還需求各資源數(shù)量，各資源可用數(shù)量等

（2）、輸入用戶的請求三元組（I，J，K），為進程I申請K個J類資源。

（3）、檢查用戶的請求是否小于還需求的數(shù)量，條件是K<=NEED[I,J]。如果條件不符則提示重新輸

入，即不允許索取大于需求量

（4）、檢查用戶的請求是否小于系統(tǒng)中的可利用資源數(shù)量，條件是K<=AVALIABLE[I,J]。如果條件不

符則申請失敗，阻塞該進程，重新進行進程動態(tài)資源申請（使用goto語句）

（5）、進行資源的預分配，語句如下：

AVALIBLE[I][J]=AVALIBLE[I][J]-K；

ALLOCATION[I][J]=ALLOCATION[I][J]+K；

NEED[I][J]=NEED[I][J]-K；

（6）、系統(tǒng)調用安全性檢查算法（safe()函數(shù)）進行檢查，如果檢查通過，則不用回收，否則進行

回收，進程資源申請失敗進入等待。

4、安全性檢查算法（safe()子函數(shù)）

（1）、設置兩個臨時變量。

（2）、在進程中查找符合以下條件的進程。

條件1：FINISH[I]=0

條件2：NEED[I][J]〈=WORK[J]

（3）、如果查找成功則進行資源的模擬回收，語句如下：

WORK[J]=WORK[J]+ALLOCATION[I][J]；

FINISH[I]=1或查找到的順序號

（4）、如果查找不成功，則檢查所有進程的FINISH[]，如果有一個為0，則系統(tǒng)不為0，返回不成功

標志。否則返回成功標志。四、系統(tǒng)主要原代碼見附錄！！五、系統(tǒng)測試及調試5.1

5.3

出現(xiàn)問題及解決方案：本程序考慮了程序功能實現(xiàn)、格式顯示合理化、輸入錯誤異常處理等各個方面的設計，盡可能使程序設計的更加完美。在長期的設計調試過程中遇到過許多問題，通過網(wǎng)上搜索、查詢資料、調試試驗等方法一一解決。下面大致羅列一些主要問題：5.3.1關于輸入錯誤的異常處理：數(shù)字判斷在調試程序過程中我們都知道在要求輸入整型數(shù)據(jù)時，如不小心鍵入字母符號等，則程序立即出錯；還有如在要求輸入一個字符時，如果不小心輸入為了字符串，則也會出錯（此時多鍵入的字符被保留在緩沖區(qū)內，當下次要求屏幕輸入時先從緩沖區(qū)取出導致出錯）。因此設計了一個判斷函數(shù)intshuzi(intn);

進行處理此類輸入異常錯誤。此函數(shù)主要設計思路為：定義一個動態(tài)字符串指針，輸入后判斷每個輸入的字符是否在’0’—‘9’之間來判斷是否輸入的為數(shù)字字符，然后按照字符ASCII碼值與數(shù)字值的關系將輸入的字符轉換為整數(shù)。而對于字符輸入的問題，可以定義為一個動態(tài)字符串指針然后只取輸入的第一個字符內容。5.3.2關于某些判斷算法優(yōu)劣問題：在程序中很多地方都會用到循環(huán)判斷是否符合條件的算法，在設計這些算法時有很多方法，而有的算法可以更節(jié)省時間。如下安全性算法中尋找尋找符合Finish[i]==0條件的進程的例子：/*算法一：

for(j=0;j<m;j++)

if(Work[j]>=Need[i][j])counter=counter+1;//記數(shù)

if(counter==m){…*/

//算法二：

for(j=0;j<m;j++)

if(Work[j]>=Need[i][j]);

//可用大于等于需求

else{

counter=1;

break;

}

if(counter!=1){…顯然算法二要優(yōu)于算法一。本程序中還有很多類似的地方。這里主要考慮的是一個程序的優(yōu)化設計問題。六、心得體會在設計此程序的過程中，我遇到過許多問題，也學到了很多東西。本程序的設計實現(xiàn)主要是用C++語言實現(xiàn)，通過對程序算法的設計優(yōu)化、輸出顯示的格式設計、輸入過程中的異常處理等一些設計過程中的問題的考慮解決，在C++學習上也有了很大的進步。程序設計過程中開始遇到的最大的問題是算法的結構設計問題，課本上只給了設計要求及簡單的算法，要真正實現(xiàn)還需要考慮很多方面。在算法的數(shù)據(jù)結構設計上考慮了很長時間。在程序設計中先后參考了很多網(wǎng)絡資料，也參考了一些別人寫的的程序，綜合這些算法思想和自己的思路對程序做了很好的設計方式，對一些算法的優(yōu)越性等也作了一些考慮。此外考慮最多的就是異常錯誤處理的設計。一個好的程序必須能在各種環(huán)境下都有其相應的處理方式，至少能應對一些常見的可能發(fā)生的錯誤。在課程設計過程中遇到了許多問題，也向同宿舍的同學做了一些請教一起討論，也因此從他們身上學到了許多東西。七、參考文獻[1]湯子瀛等.《計算機操作系統(tǒng)》.西安：西安電子科技大學出版社，2006.10.[2]劉璟等.《高級語言c++程序設計》.北京：高等教育出版社，2006.03.[3]胡志剛、譚長庚.計算機操作系統(tǒng).中南大學出版社.2005.7[4]張堯學.計算機操作系統(tǒng)教程（第二版）.清華大學出版社.2000.8八、附錄#include<iostream.h>

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<conio.h>

#include<string.h>//===定義全局變量===

constintx=50,y=100;

intAvailable[x];

intAllocation[y][y];

intMax[y][y];

intNeed[y][y];

intRequest[x];

intWork[x];

intFinish[y];

intp[y];inti,j;

intn,m;

//n為進程的數(shù)量,m為資源種類數(shù)

intl=0,counter=0;

//函數(shù)聲明

intshuzi(intsz);

voidchushihua();

//系統(tǒng)初始化函數(shù)

voidsafe();

//安全性算法函數(shù)

voidbank();

//銀行家算法函數(shù)

voidshowdata();

//===數(shù)字判斷函數(shù)===

intshuzi(intsz){

char*temp;

temp=newchar;

intlen;

sz=0;//清零

chars;//

do{

//gets(temp);

//getline(cin,temp)

cin>>temp;

len=strlen(temp);

for(inti=0;i<len;i++){

s=*(temp+i);

if(s<'0'||s>'9'){

cout<<"抱歉，輸錯了!你輸入的是數(shù)字嗎?!\n\n";

cout<<"請重新輸入：";

break;

}

}

}while(s<'0'||s>'9');

for(inti=0;i<len;i++){

/

intt=1;

for(intj=1;j<len-i;j++)t*=10;

sz+=(*(temp+i)-48)*t;

}

returnsz;

}

//===系統(tǒng)初始化函數(shù)===

voidchushihua(){

//===系統(tǒng)初始化輸入===

cout<<"%%程序開始，系統(tǒng)初始化輸入%%"<<endl;

//<<endl

cout<<"==============================================================="<<endl<<endl;

cout<<"請輸入進程的數(shù)量:"

n=shuzi(n);

cout<<"請輸入資源種類數(shù):";

m=shuzi(m);

cout<<endl<<endl<<"請輸入各種資源可利用的數(shù)量("<<m<<"種):"<<endl;

cout<<endl;

for(j=0;j<m;j++){

cout<<"

輸入資源"<<j<<"可利用的數(shù)量Available["<<j<<"]:";

Available[j]=shuzi(Available[j]);

Work[j]=Available[j];

//初始化Work[j]

//

cout<<endl;

}

//system("cls");

//清屏

cout<<endl;

cout<<"請輸入各進程當前已分配的資源數(shù)量Allocation["<<n<<"]["<<m<<"]:"<<endl<<endl;

for(i=0;i<n;i++){

for(j=0;j<m;j++){

cout<<"

請輸入進程"<<i<<"當前已分配的資源"<<j<<"數(shù)量:";

Allocation[i][j]=shuzi(Allocation[i][j]);

}

cout<<endl;

Finish[i]=0;//初始化Finish[i]

//break;

}

cout<<endl<<endl;

cout<<"請輸入各進程對各類資源的最大需求數(shù)Max["<<n<<"]["<<m<<"]:"<<endl<<endl;

for(i=0;i<n;i++){

for(j=0;j<m;j++){

cout<<"

請輸入進程"<<i<<"對資源"<<j<<"的最大需求數(shù):";

Max[i][j]=shuzi(Max[i][j]);

if(Max[i][j]>=Allocation[i][j])

//

Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j];

//計算還需求量

else

Need[i][j]=0;

}

cout<<endl;

}

cout<<endl<<"%%初始化完成!%%"<<endl;

}//===安全性算法函數(shù)===

voidsafe(){

l=0;

for(i=0;i<n;){

//i++

if(Finish[i]==0){

//尋找Finish[i]==0的進程

條件一

counter=0;

//記數(shù)器

for(j=0;j<m;j++)

if(Work[j]>=Need[i][j]);

//可用大于等于需求

else{

counter=1;

break;

}

if(counter!=1){//進程的每類資源量都符合條件Work[j]>=Need[i][j]

條件二

p[l]=i;

//存儲安全序列

Finish[i]=1;

for(j=0;j<m;j++){

Work[j]=Work[j]+Allocation[i][j];

}

l=l+1;

i=-1;

}

}

i++;

}

}

//===顯示分配情況函數(shù)===

voidshowdata()//函數(shù)showdata,輸出當前資源分配情況

{

inti,j;//局部變量

intAll[y];//各種資源的總數(shù)量

intl2;//局部變量

l1,

cout<<"==============================================================="<<endl<<endl;

cout<<"%%系統(tǒng)當前狀態(tài)如下：%%"<<endl<<endl;cout<<"%%各種資源的總數(shù)量(all):"<<endl;

for(j=0;j<m;j++){

cout<<"資源"<<j<<":";

All[j]=Available[j];

for(i=0;i<n;i++){

All[j]+=Allocation[i][j];

cout<<All[j]<<"

";

if((j+1)%5==0)cout<<endl;

//每行顯示五個

&&j!=0

}

cout<<endl<<endl;

cout<<"%%系統(tǒng)目前各種資源可用的數(shù)為(available):"<<endl;

for(j=0;j<m;j++){

cout<<"資源"<<j<<":"<<Available[j]<<"

";

if((j+1)%5==0)cout<<endl;//每行最多顯示五個

&&j!=0

}

cout<<endl<<endl;

cout<<"%%各進程已經(jīng)得到的資源量(allocation):"<<endl;

//

l1=0;

//歸零

for(i=0;i<=m/5;i++){

for(j=i*5;j<i*5+5&&j<m;j++)cout<<"

資源"<<j;

cout<<endl;

for(l2=0;l2<n;l2++){

cout<<"進程"<<l2<<":";

for(j=i*5;j<i*5+5&&j<m;j++)cout<<Allocation[l2][j]<<"

";

cout<<endl;

}

}

cout<<endl;

cout<<"%%各進程還需要的資源量(need):"<<endl;

//<<endl

//l1=0;

for(i=0;i<=m/5;i++){

//設計每行顯示五種資源

for(j=i*5;j<i*5+5&&j<m;j++)cout<<"

資源"<<j;

cout<<endl;

for(l2=0;l2<n;l2++){

cout<<"進程"<<l2<<":";

for(j=i*5;j<i*5+5&&j<m;j++)cout<<Need[l2][j]<<"

";

cout<<endl;

}

}

//===銀行家算法函數(shù)===

voidbank(){

cout<<"==============================================================="<<endl<<endl;

cout<<"%%以下開始為進程進行資源分配申請%%"<<endl<<endl;

//===申請資源===

intk=0;//用于輸入進程編號

boolr=false;

//初值為假，輸入Y繼續(xù)申請則置為真

do{

//輸入請求

cout<<"請輸入申請資源的進程編號(輸入0--"<<n-1<<"之間):";

k=shuzi(k);

cout<<endl;

while(k>n-1){//輸入異常處理

cout<<endl<<"您輸入了錯誤的進程號，請重新輸入!"<<endl;

cout<<endl<<"請輸入申請資源的進程編號(輸入0--"<<n-1<<"之間):";

k=shuzi(k);

cout<<endl;

}

cout<<endl<<"請輸入該進程申請各類資源的數(shù)量:"<<endl;

for(j=0;j<m;j++){

do{

cout<<"進程"<<k<<"申請資源["<<j<<"]的數(shù)量:";

Request[j]=shuzi(Request[j]);

cout<<endl;

if(Request[j]>Need[k][j]){

cout<<"申請大于需要量!!!"<<endl;

cout<<"您申請資源"<<j<<"的數(shù)量為"<<Request[j]<<",大于進程"<<k<<"對該資源需求量"<<Need[k][j]<<"。"<<endl;

cout<<"請重新輸入!!!"<<endl;

}

else

if(Request[j]>Available[j]){

cout<<"\n沒有那么多資源，目前可利用資源"<<j<<"數(shù)量為"<<Available[j]<<",本次申請不成功，進程等待!!!"<<endl;

Finish[k]=0;

//該進程等待

gotoppp;

}

}while(Request[j]>Need[k][j]);

//Request[j]>Available[j]||

}

//改變Avilable、Allocation、Need的值

for(j=0;j<m;j++){

Available[j]=Available[j]-Request[j];

Allocation[k][j]=Allocation[k][j]+Request[j];

Need[k][j]=Need[k][j]-Request[j];

Work[j]=Available[j];

}

//判斷當前狀態(tài)的安全性

safe();

//調用安全性算法函數(shù)

if(l<n){

l=0;

cout<<"\n當前狀態(tài)不安全,不予分配!!!!!!"<<endl;

//恢復數(shù)據(jù)

for(j=0;j<m;j++){

Available[j]=Available[j]+Request[j];

Allocation[k][j]=Allocation[k][j]-Request[j];

Need[k][j]=Need[k][j]+Request[j];

Work[j]=Available[j];

}

for(i=0;i<n;i++)

Finish[i]=0;

/

}

else{

//

system("cls");

l=0;

cout<<"\n申請資源成功!!!"<<endl;//===========================================

/*

for(j=0;j<m;j++)if(Need[k][j]==0)l=l+1;

if(l==m){

//此處借用l做下計數(shù)器

for(j=0;j<m;j++){

Available[j]=Available[j]+Max[k][j];

Allocation[k][j]=0;

}

}

l=0;

//歸零

//===========================================

cout<<"\n安全的狀態(tài)!!!"<<endl;

cout<<"安全序列為:

";

cout<<endl<<"進程"<<"("<<p[0]<<")";

Finish[0]=0;

for(i=1;i<n;i++){

cout<<"==>>"<<"進程"<<"("<<p[i]<<")";

Finish[i]=0;//所有進程置為未分配狀態(tài)

}

cout<<endl<<endl;

}

showdata();

//顯