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