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3

int[] 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

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();

}

}