基于Linux的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的信號(hào)量互斥申請(qǐng)操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3

PAGEPAGE10中北大學(xué)操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

學(xué)院、系：軟件學(xué)院專(zhuān)業(yè)軟件工程學(xué)生姓名：1121011042學(xué)號(hào)：段俊偉設(shè)計(jì)題目：基于Linux的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的信號(hào)量互斥申請(qǐng)起迄日期:2013年11月22日-2013年12月6日指導(dǎo)教師:康珺

2013年11月6日需求分析基于Linux的進(jìn)程同步與通信的模擬實(shí)現(xiàn)需要完成以下功能:（1）創(chuàng)建進(jìn)程：手動(dòng)創(chuàng)建幾個(gè)進(jìn)程，或者隨即創(chuàng)建幾個(gè)進(jìn)程，都在界面上完成；要求包括進(jìn)程的名稱(chēng)（不能重復(fù)）、執(zhí)行時(shí)間和申請(qǐng)資源的等待時(shí)間等。在同一時(shí)刻可能有多個(gè)進(jìn)行在內(nèi)存申請(qǐng)某資源，即可以輸入多個(gè)進(jìn)程的資源申請(qǐng)。（2）3類(lèi)臨界資源的管理，包括申請(qǐng)以及分配等。分別通過(guò)信號(hào)量實(shí)現(xiàn)或者管程實(shí)現(xiàn)。（3）銀行家算法，判斷是否可以進(jìn)行資源的分配。基于以上的功能，可以使用戶(hù)選擇操作，模擬臨界資源的管理和銀行家算法。目的：實(shí)現(xiàn)臨界資源的管理及死鎖的避免。總體設(shè)計(jì)進(jìn)程同步與模擬實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分為4個(gè)模塊：輸入輸出，進(jìn)程對(duì)資源的隨機(jī)申請(qǐng)及分配，臨界資源管理，銀行家算法避免死鎖。輸入輸出：包括系統(tǒng)運(yùn)行所需要的進(jìn)程的名稱(chēng)，執(zhí)行時(shí)間，申請(qǐng)資源的等待時(shí)間，進(jìn)程對(duì)資源的需要量等信息以及系統(tǒng)所要顯示出的進(jìn)程的創(chuàng)建信息，資源的分配信息，進(jìn)行執(zhí)行信息，進(jìn)行動(dòng)態(tài)申請(qǐng)資源信息等。進(jìn)程對(duì)資源的隨機(jī)申請(qǐng)及分配：根據(jù)所輸入的進(jìn)程、資源、以及進(jìn)程對(duì)資源的最大申請(qǐng)情況，隨機(jī)產(chǎn)生進(jìn)程當(dāng)前對(duì)資源的申請(qǐng)，輸出相應(yīng)的分配信息與進(jìn)程執(zhí)行信息并調(diào)用銀行家算法對(duì)進(jìn)程的資源申請(qǐng)進(jìn)行判斷。臨界資源的管理：創(chuàng)建相應(yīng)個(gè)數(shù)的進(jìn)程，完成進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行，使用互斥信號(hào)量使各進(jìn)程互斥的進(jìn)入各自的臨界區(qū)對(duì)資源進(jìn)行申請(qǐng)，進(jìn)程執(zhí)行完畢后，互斥的對(duì)資源進(jìn)行恢復(fù)。銀行家算法避免死鎖：對(duì)當(dāng)前進(jìn)程對(duì)資源的申請(qǐng)利用銀行家算法進(jìn)行判斷，看系統(tǒng)分配后是否處于安全狀態(tài)，若處于安全狀態(tài)，則將資源分配給進(jìn)程，并輸出分配信息，否則對(duì)不予以分配。3．詳細(xì)設(shè)計(jì)在該系統(tǒng)中我主要實(shí)現(xiàn)了銀行家算法避免死鎖的模塊,該模塊中主要使用了數(shù)組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).3.1銀行家算法：設(shè)Request[i]是進(jìn)程i的請(qǐng)求向量，如果Request[i][j]=k,表示進(jìn)程i需要k各j類(lèi)型的資源。當(dāng)i發(fā)出資源請(qǐng)求后，系統(tǒng)按下述步驟進(jìn)行檢查：如果Request[i][j]<=Need[i][j],便轉(zhuǎn)向步驟（2）；否則認(rèn)為出錯(cuò)，因?yàn)樗枰馁Y源數(shù)已超過(guò)它所宣布的最大值。如果Request[i][j]<=Available[i][j],便轉(zhuǎn)向步驟（3）；否則表示尚無(wú)足夠資源，進(jìn)程i需要等待。系統(tǒng)試探著把資源分配給進(jìn)程i，并修改下面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)值：Available[j]=Available[j]-Request[tr][j]; Allocation[tr][j]=Allocation[tr][j]+Request[tr][j]; Need[tr][j]=Need[tr][j]-Request[tr][j];系統(tǒng)執(zhí)行安全性算法，檢查此次資源分配后系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)，若安全，才正式將資源分配給進(jìn)程I，以完成本次分配；否則，將本次的試探分配作廢，恢復(fù)原來(lái)的資源分配狀態(tài)，讓i等待。安全性算法步驟如下：（1）設(shè)置兩個(gè)向量：工作向量Work，它表示系統(tǒng)可提供給進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行所需的各類(lèi)資源數(shù)目，它含有m各元素，在執(zhí)行安全算法開(kāi)始時(shí)，Work:=Available;Finish,它表示系統(tǒng)是否有足夠的資源分配給進(jìn)程，使之運(yùn)行完成。開(kāi)始時(shí)先做Finish[i]:=false;當(dāng)有足夠自語(yǔ)啊分配給進(jìn)程是，再令Finish[i]:=true.（2）從進(jìn)程集合中找到一個(gè)能滿(mǎn)足下述條件的進(jìn)程：Finish[i]=false;Need[i][j]<=Work[j];若找到，執(zhí)行步驟（3），否則，執(zhí)行步驟（4）。（3）當(dāng)進(jìn)程i獲得資源后，可順利執(zhí)行，直至完成，并釋放出分配給它的資源，故應(yīng)執(zhí)行：Work[j]:=Work[j]+Allocation[i][j];Finish[i]:=true;Gotostep2;（4）如果所有進(jìn)程的Finish[i]=true都滿(mǎn)足，則表示系統(tǒng)處于安全狀態(tài)；否則，系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)。3.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)intAvailable[NUM];//可使用資源向量intMax[10][NUM];//最大需求矩陣intAllocation[10][NUM];//分配矩陣intNeed[10][NUM];//需求矩陣intWork[NUM];//工作向量intFinish[NUM];//狀態(tài)標(biāo)志intRequest[10][NUM];//進(jìn)程申請(qǐng)資源向量3.3核心代碼intrequest(inttr,intz,intr)//進(jìn)程提出新申請(qǐng)的代碼部分{intp=0,q=0,i,j,f=0,b,l,t=0,k=0;//g記錄進(jìn)程序號(hào) if(u==0||a==0) { printf("請(qǐng)先輸入信息！\n");return0; } else{ for(i=0;i<a;i++) { if(Request[tr][i]>Need[tr][i]) p++; if(Request[tr][i]>Available[i]) q++; } if(p) { printf("\n出錯(cuò)！進(jìn)程申請(qǐng)的資源數(shù)多于它自己申報(bào)的最大量\n"); print1(); if(z!=-1)//手動(dòng)輸入時(shí)不執(zhí)行 { for(i=0;i<a;i++) { if(Need[tr][i]==0) { for(t=0;t<z;t++) { if(Y[r][t].index==i) Y[r][t].flag1=1; } } } } return0; } elseif(q) { printf("\n進(jìn)程%c必須等待\n",JC[tr].name); print1(); if(z!=-1) { for(i=0;i<a;i++) { if(Need[tr][i]==0) { for(t=0;t<z;t++) { if(Y[r][t].index==i) Y[r][t].flag1=1; } } } } return0; } else { for(j=0;j<a;j++) {//以下是預(yù)分配 Available[j]=Available[j]-Request[tr][j]; Allocation[tr][j]=Allocation[tr][j]+Request[tr][j]; Need[tr][j]=Need[tr][j]-Request[tr][j]; Work[j]=Available[j]; } for(i=0;i<a;i++) { Work[i]=Available[i];//Work[i]只是一個(gè)暫時(shí)寄存的中間變量，為防止在下面//安全性檢查時(shí)修改到Available[i]而代替的一維數(shù)組 Finish[i]=0; } for(k=0;k<u;k++) { for(i=0;i<u;i++) { b=0;//計(jì)數(shù)器初始化,記錄進(jìn)程中滿(mǎn)足條件的資源數(shù) for(j=0;j<a;j++) { if(Need[i][j]<=Work[j]) { b=b+1; } if(Finish[i]==0&&b==a) { for(l=0;l<a;l++) { Work[l]=Work[l]+Allocation[i][l]; } Finish[i]=1; printf("$$%c",JC[i].name);//依次輸出進(jìn)程安全序列之一中每個(gè)元素 } } } } printf("\n"); for(i=0;i<u;i++) { if(Finish[i]==1){f=f+1;}//統(tǒng)計(jì)Finish[i]＝＝1的個(gè)數(shù) } if(f==u) { printf("安全性算法檢查預(yù)分配后系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，以上為安全序列！可以將資源分配給進(jìn)程%c",JC[tr].name); f=0;//將計(jì)數(shù)器f重新初始化，為下一次提出新的進(jìn)程申請(qǐng)做準(zhǔn)備 print1(); if(z!=-1) { for(i=0;i<a;i++) { Request[tr][i]=0; if(Need[tr][i]==0) { for(t=0;t<z;t++) { if(Y[r][t].index==i) Y[r][t].flag1=1; } } Available[i]=ZY[i].n; } } for(i=0;i<a;i++) { Available[i]=ZY[i].n; } } else { printf("安全性算法檢查預(yù)分配后系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)，不能進(jìn)行分配！");//以下代碼為當(dāng)系統(tǒng)被判定為不安全狀態(tài)時(shí)//返回提出申請(qǐng)前的狀態(tài) for(i=0;i<a;i++) { Available[i]=Available[i]+Request[tr][i]; Allocation[tr][i]=Allocation[tr][i]-Request[tr][i]; Need[tr][i]=Need[tr][i]+Request[tr][i]; } print1(); } }return1;}}3.4運(yùn)行結(jié)果圖3.4.1圖3.4.2圖3.4.3圖3.4.4圖3.4.54.心得體會(huì)經(jīng)過(guò)這次的操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，讓我經(jīng)歷了一次有意義的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程，讓我了解了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，起初我們只是在不停的各干各的，發(fā)現(xiàn)根本不可能完成預(yù)期的任務(wù)，后來(lái)我們坐下來(lái)討