操作系统实验报告——处理机调度算法的实现

操作系统实验报告——处理机调度算法的实现

1、实验名称：银行家算法的实现
2、实验要求：
（1）理解操作系统死锁和避免死锁的基本概念；
（2）体会和了解死锁和避免死锁的具体实施方法；
（3）用C或C++编程实现算法。
3、实验方式：通过上机，实际调试程序。
4、实验环境：
（1）硬件环境：PC机一台；
（2）Windows10操作系统，Ｃ或Ｃ＋＋程序设计语言。
5、实验过程：
（1）算法描述：
·银行家算法中的数据结构：
1）可利用资源向量Available
是个含有m个元素的数组，其中的每一个元素代表一类可利用的资源数目。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
这是一个n×m的矩阵，它定义了系统中n个进程中的每一个进程对m类资源的最大需求。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
这也是一个n×m的矩阵，它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一进程的资源数。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
这也是一个n×m的矩阵，用以表示每一个进程尚需的各类资源数。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］
·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］;
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。
·安全性算法：
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，它含有m个元素，在执行安全算法开始时，Work=Available;
工作向量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］=false;当有足够资源分配给进程时，再令Finish［i］=true。
2）从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：
Finish［i］=false;
Need［i,j］≤Work［j］；若找到，执行(3)，否则，执行(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;
gotostep2;
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。
（2）实现代码：

#include
#define SIZE 100
typedef int bool;
#define false 0
#define true !false
int Available[SIZE];
int Max[SIZE][SIZE];
int Allocation[SIZE][SIZE];
int Need[SIZE][SIZE];
int safe[SIZE];
int Finish[SIZE];
int Ava,Pnum;
char ch,A;
//试探分配
void ProbeAlloc(int process,int* res){
int i;
for(i=0;i<Ava;i++){
Available[i]-=res[i];
}
for(i=0;i<Ava;i++){
Allocation[process][i]+=res[i];
}
for(i=0;i<Ava;i++){
Need[process][i]-=res[i];
}
}
//若试探分配后进入不安全状态，将分配回滚
void RollBack(int process,int* res){
int i;
for(i=0;i<Ava;i++){
Available[i]+=res[i];
}
	for(i=0;i<Ava;i++){
Allocation[process][i]-=res[i];
}
for(i=0;i<Ava;i++){
Need[process][i]+=res[i];
}
}
void init(){
int i=0,j=0;
//初始化Available数组数值为-1
for(i=0;i<SIZE;i++)
Available[i]=-1;
//初始化Max数组
for(i=0;i<SIZE;i++){
for(j=0;j<SIZE;j++){
Max[i][j]=-1;
}
}
//初始化Allocation数组
for(i=0;i<SIZE;i++){
for(j=0;j<SIZE;j++){
Allocation[i][j]=-1;
}
}
//初始化Need数组
for(i=0;i<SIZE;i++){
for(j=0;j<SIZE;j++){
Need[i][j]=-1;
}
}
}
void input(){
A='A';
int i,j;
printf("请输入资源数量：");
scanf("%d",&Ava);
ch=getchar();
printf("\n");
for(i=0;i<Ava;i++){
int data;
printf("请输入资源%c的数量：",A+i);
scanf("%d",&data);
ch=getchar();
printf("\n");
Available[i]=data;
}
printf("\n资源输入完毕\n");
//Max段
printf("请输入进程的数量：");
scanf("%d",&Pnum);
ch=getchar();
printf("\n开始输入进程Max值\n");
for(i=0;i<Pnum;i++){
A='A';
for(j=0;j<Ava;j++){
int data;
printf("请输入进程 p%d 资源 %c Max的值：",i,A+j);
scanf("%d",&data);
ch=getchar();
Max[i][j]=data;
}
printf("\n");
}
printf("Max输入完毕\n");
//Allocation段
printf("\n开始输入进程Allocation（已经获得的资源）值\n");
for(i=0;i<Pnum;i++){
A='A';
for(j=0;j<Ava;j++){
int data;
printf("请输入进程 p%d 资源 %c Allocation的值：",i,A+j);
scanf("%d",&data);
ch=getchar();
Allocation[i][j]=data;
}
printf("\n");
}
printf("Allocation输入完毕\n");
//计算Need段
for(i=0;i<Pnum;i++){
for(j=0;j<Ava;j++){
Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j];
}
}
printf("Need计算完成！！！\n");
}
void output(){
int i,j;
printf("\n*********************************资源分配表*********************************\n");
printf("ProcessMaxAllocationNeed\n");
printf("\t\t\t");
A='A';//Max
for(i=0;i<Ava;i++){
printf("%c  ",A+i);
}
printf("\t\t");
A='A';//Allocation
for(i=0;i<Ava;i++){
printf("%c  ",A+i);
}
printf("\t\t  ");
A='A';//Need
for(i=0;i<Ava;i++){
printf("%c  ",A+i);
}
printf("\n");
for(i=0;i<Pnum;i++){
printf("p%d\t\t\t",i);
//Max
for(j=0;j<Ava;j++){
printf("%d  ",Max[i][j]);
}
printf("\t\t");
//Allocation
for(j=0;j<Ava;j++){
printf("%d  ",Allocation[i][j]);
}
printf("\t\t  ");
//Need
for(j=0;j<Ava;j++){
printf("%d  ",Need[i][j]);
}
printf("\n");
}
printf("\nAvailable\n");
A='A';
for(i=0;i<Ava;i++){
printf("%c  ",A+i);
}
printf("\n");
for(i=0;i<Ava;i++){
printf("%d  ",Available[i]);
}
printf("\n\n");
}
//安全性检查
bool SafeCheck(){
int Work[SIZE];
int i,j,x=0,t;
//复制Available数组
for(i=0;i<SIZE;i++){
Work[i]=Available[i];
}
//初始化Finish
for(i=0;i<SIZE;i++)
Finish[i]=false;
for(i=0;i<Pnum;i++){
//是否已检查过
if(Finish[i]==false){
//是否有足够的资源分配给该进程重点修改j<Ava
for(j=0;j<Ava;j++){
if(Need[i][j]<=Work[j]){
continue;
}
else{
break;
}
}
if(j==Ava){
for(t=0;t<Ava;t++){
Work[t]+=Allocation[i][t];
}
Finish[i]=true;
safe[x++]=i;
i=-1;
}
}
}
//如果所有进程的Finish向量都为true则处于安全状态，否则为不安全状态
for(i=0;i<Pnum;i++){
if(Finish[i]==false){
return false;
}
}
return true;
}
//资源分配请求
bool request(int process,int* res){
int i,j;
int x,t;
//request向量需小于Need矩阵中对应的向量
for(i=0;i<Ava;i++){
if(res[i]<=Need[process][i]){
continue;
}
else{
break;
}
}
if(i==Ava){
for(x=0;x<Ava;x++){
if(res[x]<=Available[x]){
continue;
}
else{
break;
}
}
if(x==Ava){
//试探分配
ProbeAlloc(process,res);
if(SafeCheck()){
return true;
}
else{
printf("安全性检查失败。原因：系统将进入不安全状态，有可能引起死锁。\n");
printf("正在回滚...\n");
RollBack(process,res);
}
}
else{
printf("安全性检查失败。原因：请求向量大于可利用资源向量。\n");
}
}
else{
printf("安全性检查失败。原因：请求向量大于需求向量。\n");
}
return false;
}
int main(){
char run;
init();
input();
output();
printf("首先检查系统初始状态是否安全。\n");
if(SafeCheck()){
printf("系统处于安全状态。\n");
printf("安全序列是：");
for(int t;t<Pnum;t++){
printf("  p%d  ",safe[t]);
}
}
else{
printf("当前系统处于不安全状态。程序将退出...\n");
goto over;
}
do{
int process;
int res[SIZE];
for(int i=0;i<SIZE;i++)
res[i]=-1;
printf("\n请输入请求分配的进程序号：");
scanf("%d",&process);
while(process>Pnum){
printf("请输入比现有进程号“小”的数字！！！");
printf("\n请输入请求分配的进程序号：");
scanf("%d",&process);
ch=getchar();
}
printf("\n");
A='A';//f请求资源输入
for(int i=0;i<Ava;i++){
printf("请输入请求分配的进程对资源 %c 的请求数量：",A+i);
int data;
scanf("%d",&data);
res[i]=data;
ch=getchar();
}
printf("\n");
if(request(process,&res)){
printf("资源分配成功。\n");
printf("安全序列是：");
for(int t;t<Pnum;t++){
printf("p%d",safe[t]);
}
}
else{
printf("资源分配失败。\n");
}
printf("是否选择继续分配资源？(Y/N):");
fflush(stdin);
run=getchar();
}
while(run=='Y'||run=='y');

over:
printf("\n执行完毕\n");
return 0;
}