操作系统实验四-银行家算法

银行家算法xxx711103xx2012年5月21日一、实验目的通过实验，加深对多实例资源分配系统中死锁避免方法——银行家算法的理解，掌握Windows环境下银行家算法的实现方法，同时巩固利用Windows API进行共享数据互斥访问和多线程编程的方法。

二、实验内容1. 在Windows操作系统上，利用Win32 API编写多线程应用程序实现银行家算法。

2. 创建n个线程来申请或释放资源，只有保证系统安全，才会批准资源申请。

3. 通过Win32 API提供的信号量机制，实现共享数据的并发访问。

三、实验步骤（设计思路和流程图）最主要的用以实现系统功能的应该有两个部分，一是用银行家算法来判断，二是用安全性算法来检测系统的安全性。

1、银行家算法设Requesti是进程Pi的请求向量，如果Requesti［j］=K，表示进程Pi 需要K个Rj类型的资源。

当Pi发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：(1) 如果Requesti［j］≤Need［i,j］，便转向步骤2；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。

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

(3) 系统试探着把资源分配给进程Pi，并修改下面数据结构中的数值：Available［j］∶=Available［j］-Requesti［j］;Allocation［i,j］∶=Allocation［i,j］+Requesti［j］;Need［i,j］∶=Need［i,j］-Requesti［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Pi，以完成本次分配；否则，将本次的试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程Pi等待。

2、安全性算法(1) 设置两个向量：①Work∶=Available; ②Finish(2) 从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：①Finish［i］=false; ②Need［i,j］≤Work［j］；若找到，执行步骤(3)，否则，执行步骤(4)。

(3) 当进程Pi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［i］+Allocation［i,j］;Finish［i］∶=true;go to step 2;(4) 如果所有进程的Finish［i］=true都满足，则表示系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态。

四、主要数据结构及其说明(1) 可利用资源向量Available。

如果Available［j］=K，则表示系统中现有Rj类资源K个。

(2) 最大需求矩阵Max。

如果Max［i,j］=K，则表示进程i需要Rj类资源的最大数目为K。

(3) 分配矩阵Allocation。

如果Allocation［i,j］=K，则表示进程i当前已分得Rj类资源的数目为K。

(4) 需求矩阵Need。

如果Need［i,j］=K，则表示进程i还需要Rj类资源K 个，方能完成其任务。

Need［i,j］=Max［i,j］-Allocation［i,j］五、程序运行时的初值和运行结果int Available[rCount] = {10,5,7};const int Max[pCount][rCount] = { { 7,5,3 },{ 3,2,2 },{ 9,0,2 },{ 2,2,2 },{ 4,3,3 } }；第一次申请：资源不够情况：Request＜=Available出错的情况：Requesti＜=Need六、实验体会通过本次银行家算法实验，加深了我对银行家算法的了解，掌握了如何利用银行家算法避免死锁。

这次实践，我巩固了自己的理论知识。

银行家算法是为了使系统保持安全状态。

如果把操作系统看作是银行家，操作系统管理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。

操作系统的一些原理在生活中都可以找到相应的例子。

结合生活中的例子，可以化抽象为具体，我们会更加清楚地了解到其原理与操作过程。

七、源程序并附上注释thread.cpp#include <windows.h>#include <cstdlib>#include <iostream>#include <cmath>#include <ctime>#include <assert.h>using namespace std;extern const int rCount = 3;extern const int pCount = 5;extern const int Need[pCount][rCount]; extern const int Allocation[pCount][rCount];extern HANDLE Mutex;extern HANDLE Queue;int handleRequest(int Request[],int pNum);int randomRequest(int r,int p){return rand()%(Need[p][r]+1);}int randomRelease(int r,int p){return -(rand()%(Allocation[p][r]+1)); }int completeRelease(int r,int p){return -Allocation[p][r];}DWORD WINAPI runProcess(void *param){int pNum = *(int*)param;srand((unsigned)time(NULL));bool RUNNING = true;while(RUNNING){Sleep(500);int Request[rCount];int (*op)(int,int);switch(rand()%10){case 0:case 1:case 2:case 3:case 4:case 5:case 6:op = randomRequest;break;case 7:case 8:op = randomRelease;break;case 9:op = completeRelease;RUNNING = false;break;}for(int i=0;i<rCount;++i)Request[i] = (*op)(i,pNum);while(handleRequest(Request,pNum)){assert( WAIT_OBJECT_0 == WaitForSingleObject(Queue,INFINITE));}}WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE);cout << "Process " << pNum+1 << " terminated.\n";ReleaseMutex(Mutex);return 0;}#include <windows.h>#include <cstdlib>#include <iostream>#include <cmath>#include <ctime>#include <assert.h>using namespace std;const int rCount = 3;const int pCount = 5;int Available[rCount] = {10,5,7};const int Max[pCount][rCount] = {{ 7,5,3 },{ 3,2,2 },{ 9,0,2 },{ 2,2,2 },{ 4,3,3 }};int Allocation[pCount][rCount];int Need[pCount][rCount];DWORD WINAPI runProcess(void *param);HANDLE Mutex;HANDLE Queue;void printState();int main(){memcpy(Need,Max,sizeof(int)*pCount*rCount);memset(Allocation,0,sizeof(int)*pCount*rCount);//初始化信号量Mutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);Queue = CreateSemaphore(NULL,0,1,NULL);HANDLE process[pCount];for(int i=0;i<pCount;++i){process[i]=CreateThread(NULL,0,runProcess,new int(i),0,NULL); }WaitForMultipleObjects(pCount,process,TRUE,INFINITE);return 0;}bool noGreaterThan(const int *ary1,const int *ary2,int length){for(int i=0;i<length;++i)if(ary1[i]>ary2[i])return false;return true;}bool equals(const int *ary1,const int *ary2,int length){for(int i=0;i<length;++i)if(ary1[i]!=ary2[i])return false;return true;}bool smallerThan(const int *ary1,const int *ary2,int length){if(noGreaterThan(ary1,ary2,length)&&!equals(ary1,ary2,length))return true;return false;}void addArrays(int *ary1,const int *ary2,int length){for(int i=0;i<length;++i)ary1[i]+=ary2[i];}void substractArrays(int *ary1,const int *ary2,int length){for(int i=0;i<length;++i)ary1[i]-=ary2[i];}bool inSafeState(){int Work[rCount];memcpy(Work,Available,sizeof(int)*rCount);bool Finish[pCount] = {false};bool EXIST;do {EXIST = false;for(int i=0;i<pCount;++i)if(!Finish[i])if(noGreaterThan(Need[i],Work,rCount)){ addArrays(Work,Allocation[i],rCount); Finish[i]=true;EXIST = true;i = pCount;}} while (EXIST);for(int i=0;i<pCount;++i)if(!Finish[i])return false;return true;}void printResources(int r[]){for(int i=0;i<rCount;++i)cout << r[i] << ' ';cout << endl;}void printMatrix(int m[][rCount]){for(int i=0;i<pCount;++i)printResources(m[i]);}void printState(){cout << "System State: " << endl;cout << "Available: \n";printResources(Available);cout << '\n';cout << "Allocation: \n";printMatrix(Allocation);cout << '\n';cout << "Need: \n";printMatrix(Need);cout << endl;cout<<"****************************************"<<endl<<endl;}int handle(int Request[],int pNum);int handleRequest(int Request[],int pNum){WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE);int r = handle(Request,pNum);ReleaseMutex(Mutex);return r;}int handle(int Request[],int pNum){int zero[rCount] = {0};if(equals(Request,zero,rCount)) return 0;printState();cout << "Process " << pNum+1 << "'s request: ";printResources(Request);//system("pause");if(!noGreaterThan(Request,Need[pNum],rCount)){//raise an error condition(process exceeded its maximum claim) cout << "Process error in requesting resources.\n";return -1;}if(!noGreaterThan(Request,Available,rCount)){//not enough resources, returncout << "Not enough resources.\n";return 1;}substractArrays(Available,Request,rCount);addArrays(Allocation[pNum],Request,rCount);substractArrays(Need[pNum],Request,rCount);if(smallerThan(Allocation[pNum],zero,rCount)){cout << "Process error in releasing resources.\n";return -2;}if(smallerThan(Request,zero,rCount)){cout << "Release detected.\n";for(int i=0;i<pCount-1;++i)ReleaseSemaphore(Queue,1,NULL);} else if(!inSafeState()){//否则，检查安全性//undoaddArrays(Available,Request,rCount);substractArrays(Allocation[pNum],Request,rCount); addArrays(Need[pNum],Request,rCount);//allocation not allowed, returncout << "Allocation denied due to safety risk.\n"; system("pause");return 2;}cout << "Allocation permitted.\n";return 0;}。