实验五-银行家算法模拟

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1南京信息工程大学实验(实习)报告实验(实习)名称实验五银行家算法模拟_实验(实习)日期12.4得分指导教师陈遥系计算机专业计算机科学与技术年级3班次3姓名董帅学号20122308905实验五银行家算法模拟一、实验目的(1)进一步理解利用银行家算法避免死锁的问题;(2)在了解和掌握银行家算法的基础上,编制银行家算法通用程序,将调试结果显示在计算机屏幕上,再检测和笔算的一致性。(3)理解和掌握安全序列、安全性算法。(4)掌握银行家算法,了解资源在进程并发执行中的资源分配策略。二、实验内容(1)根据银行家算法的基本思想,编写和调试一个实现动态资源分配的模拟程序,并能够有效地防止和避免死锁的发生。(2)在WindowsXP环境下,利用VC集成开发环境编制程序,并通过上机考核。三、实验指导A、银行家算法设计的知识准备。1、死锁概念。在多道程序系统中,虽可借助于多个进程的并发执行,来改善系统的资源利用率,提高系统的吞吐量,但可能发生一种危险━━死锁。所谓死锁(Deadlock),是指多个进程在运行中因争夺资源而造成的一种僵局(Deadly_Embrace),当进程处于这种僵持状态时,若无外力作用,它们都将无法再向前推进。一组进程中,每个进程都无限等待被该组进程中另一进程所占有的资源,因而永远无法得到的资源,这种现象称为进程死锁,这一组进程就称为死锁进程。2、关于死锁的一些结论:参与死锁的进程最少是两个(两个以上进程才会出现死锁)参与死锁的进程至少有两个已经占有资源参与死锁的所有进程都在等待资源2参与死锁的进程是当前系统中所有进程的子集注:如果死锁发生,会浪费大量系统资源,甚至导致系统崩溃。3、资源分类。永久性资源:可以被多个进程多次使用(可再用资源)可抢占资源不可抢占资源临时性资源:只可使用一次的资源;如信号量,中断信号,同步信号等(可消耗性资源)“申请--分配--使用--释放”模式4、产生死锁的四个必要条件:互斥使用(资源独占)、不可强占(不可剥夺)、请求和保持(部分分配,占有申请)、循环等待。1)互斥使用(资源独占)一个资源每次只能给一个进程使用2)不可强占(不可剥夺)资源申请者不能强行的从资源占有者手中夺取资源,资源只能由占有者自愿释放3)请求和保持(部分分配,占有申请)一个进程在申请新的资源的同时保持对原有资源的占有(只有这样才是动态申请,动态分配)4)循环等待存在一个进程等待队列{P1,P2,…,Pn},其中P1等待P2占有的资源,P2等待P3占有的资源,…,Pn等待P1占有的资源,形成一个进程等待环路5、死锁的解决方案5.1产生死锁的例子申请不同类型资源产生死锁P1:…申请打印机申请扫描仪使用释放打印机3释放扫描仪…P2:…申请扫描仪申请打印机使用释放打印机释放扫描仪…申请同类资源产生死锁(如内存)设有资源R,R有m个分配单位,由n个进程P1,P2,…,Pn(nm)共享。假设每个进程对R的申请和释放符合下列原则:*一次只能申请一个单位*满足总申请后才能使用*使用完后一次性释放m=2,n=3资源分配不当导致死锁产生6.安全状态与不安全状态安全状态:如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1,…Pn,则系统处于安全状态。一个进程序列{P1,…,Pn}是安全的,如果对于每一个进程Pi(1≤i≤n),它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj(ji)当前占有资源量之和,系统处于安全状态(安全状态一定是没有死锁发生的)不安全状态:不存在一个安全序列,不安全状态一定导致死锁。B、银行家算法1、银行家算法中的数据结构1)可利用资源向量Available它是一个含有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,其初始值是系统中所配置的该类全部可用资源数目。其数值随该类资源的分配和回收而动态地改变。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—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,表示进程i需要Rj类资源的最大数目为K。43)分配矩阵Allocation这是一个n×m的矩阵,它定义了系统中每一类资源当前已分配给每个进程的资源数。如果Allocation(i,j)=K,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它是一个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。上述三个矩阵间存在下述关系:Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]2、银行家算法设Requesti是进程Pi的请求向量。如果Requesti[j]=k,表示进程只需要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],则转向步骤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],则转向步骤3;否则,表示系统中尚无足够的资源,Pi必须等待。(3)系统试探把要求的资源分配给进程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,将试探分配作废,恢复原来的资源分配状态,让进程Pi等待。3、安全性算法系统所执行的安全性算法可描述如下:(1)设置两个向量①、工作向量Work。它表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源数目,它含有m个元素,执行安全算法开始时,Work=Available。②、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,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:①、Finish[i]=false;②、Need[i,j]=Work[j];如找到,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:5Work[j]:=Work[i]+Allocation[i,j];Finish[i]:=true;gotostep2;(4)如果所有进程的Finish[i]:=true,则表示系统处于安全状态;否则,系统处于不安全状态。四、程序运行结果及分析T0时刻的资源分配表(各种资源的数量分别为:10、5、7)资源情况进程MaxABCAllocationABCNeedABCAvailableABCP0753010743332P1322200122P2902302600P3222211011P4433002431运行结果P1request(0,1,1)五、参考程序6

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