操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

PAGE銀行家算法課程設(shè)計(jì)報(bào)告PAGE5/20目錄一、需求分析…………………2二、系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)……………2三、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)………………4四、系統(tǒng)主要源代碼……………5五、系統(tǒng)測(cè)試及調(diào)試……………5六.、心得體會(huì)……………………8七、參考文獻(xiàn)……………………9八、附錄…………9

操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課設(shè)內(nèi)容簡(jiǎn)介：銀行家算法的模擬實(shí)現(xiàn)。一、需求分析控制工作流程，管理資源，為用戶服務(wù)，是操作系統(tǒng)的主要功能。在資源管理中，操作系統(tǒng)的任務(wù)是使各種系統(tǒng)資源得到充分合理的應(yīng)用，解決用戶作業(yè)因資源而產(chǎn)生的矛盾，并合理的讓用戶再合適的時(shí)間內(nèi)得到其應(yīng)有的服務(wù)?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)引入了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，允許鎖個(gè)進(jìn)程同時(shí)駐留內(nèi)存并發(fā)執(zhí)行。若干個(gè)進(jìn)程將不可避免地競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)資源，如果操作系統(tǒng)不能夠協(xié)調(diào)多個(gè)進(jìn)程對(duì)系統(tǒng)資源的競(jìng)爭(zhēng)與共享，將會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行結(jié)果異常，系統(tǒng)不穩(wěn)定、失效等多種問題，從而產(chǎn)生死鎖，產(chǎn)生死鎖的原因可分為兩種：（1）競(jìng)爭(zhēng)資源引起死鎖（2）進(jìn)程推進(jìn)順序不當(dāng)引起死鎖。銀行家算法是一種代表性的避免死鎖的算法，在進(jìn)程申請(qǐng)資源的時(shí)候，系統(tǒng)調(diào)用銀行家算法來檢測(cè)此次分配會(huì)不會(huì)導(dǎo)致死鎖的產(chǎn)生，及判斷此次分配的安全性。若檢測(cè)到此次分配是安全的則分配給申請(qǐng)進(jìn)程所申請(qǐng)的資源，若檢測(cè)到此次分配是不安全的，則相應(yīng)的進(jìn)程等待。二、系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)（1）系統(tǒng)主要功能：系統(tǒng)運(yùn)用銀行家算法先對(duì)用戶提出的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源請(qǐng)求進(jìn)行合法性檢查，再進(jìn)行預(yù)分配，利用安全性檢查算法進(jìn)行安全性檢查，后決定是否給相應(yīng)進(jìn)程動(dòng)態(tài)分配資源。（2）系統(tǒng)模塊功能結(jié)構(gòu)：（3）運(yùn)行環(huán)境要求：相關(guān)工具：MicrosoftVisualC++6.（4）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)說明：

（1）、可利用資源向量

INT

AVAILABLE[M]

M為資源的類型。

（2）、最大需求矩陣

INT

MAX[N][M]

N為進(jìn)程的數(shù)量。

（3）、已分配矩陣

INT

ALLOCATION[N][M]

（4）、還需求矩陣

INT

NEED[N][N]

（5）、申請(qǐng)各類資源數(shù)量intRequest[x];//

（6）、工作向量

intWork[x];

（7）、intFinish[y];//表示系統(tǒng)是否有足夠的資源分配給進(jìn)程，0為否，非0為是

三、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

（1）、系統(tǒng)初始化。輸入進(jìn)程數(shù)量，資源種類，各進(jìn)程已分配、還需求各資源數(shù)量，各資源可用數(shù)量等

（2）、輸入用戶的請(qǐng)求三元組（I，J，K），為進(jìn)程I申請(qǐng)K個(gè)J類資源。

（3）、檢查用戶的請(qǐng)求是否小于還需求的數(shù)量，條件是K<=NEED[I,J]。如果條件不符則提示重新輸

入，即不允許索取大于需求量

（4）、檢查用戶的請(qǐng)求是否小于系統(tǒng)中的可利用資源數(shù)量，條件是K<=AVALIABLE[I,J]。如果條件不

符則申請(qǐng)失敗，阻塞該進(jìn)程，重新進(jìn)行進(jìn)程動(dòng)態(tài)資源申請(qǐng)（使用goto語(yǔ)句）

（5）、進(jìn)行資源的預(yù)分配，語(yǔ)句如下：

AVALIBLE[I][J]=AVALIBLE[I][J]-K；

ALLOCATION[I][J]=ALLOCATION[I][J]+K；

NEED[I][J]=NEED[I][J]-K；

（6）、系統(tǒng)調(diào)用安全性檢查算法（safe()函數(shù)）進(jìn)行檢查，如果檢查通過，則不用回收，否則進(jìn)行

回收，進(jìn)程資源申請(qǐng)失敗進(jìn)入等待。

4、安全性檢查算法（safe()子函數(shù)）

（1）、設(shè)置兩個(gè)臨時(shí)變量。

（2）、在進(jìn)程中查找符合以下條件的進(jìn)程。

條件1：FINISH[I]=0

條件2：NEED[I][J]〈=WORK[J]

（3）、如果查找成功則進(jìn)行資源的模擬回收，語(yǔ)句如下：

WORK[J]=WORK[J]+ALLOCATION[I][J]；

FINISH[I]=1或查找到的順序號(hào)

（4）、如果查找不成功，則檢查所有進(jìn)程的FINISH[]，如果有一個(gè)為0，則系統(tǒng)不為0，返回不成功

標(biāo)志。否則返回成功標(biāo)志。四、系統(tǒng)主要原代碼見附錄?。∥?、系統(tǒng)測(cè)試及調(diào)試5.1

5.3

出現(xiàn)問題及解決方案：本程序考慮了程序功能實(shí)現(xiàn)、格式顯示合理化、輸入錯(cuò)誤異常處理等各個(gè)方面的設(shè)計(jì)，盡可能使程序設(shè)計(jì)的更加完美。在長(zhǎng)期的設(shè)計(jì)調(diào)試過程中遇到過許多問題，通過網(wǎng)上搜索、查詢資料、調(diào)試試驗(yàn)等方法一一解決。下面大致羅列一些主要問題：5.3.1關(guān)于輸入錯(cuò)誤的異常處理：數(shù)字判斷在調(diào)試程序過程中我們都知道在要求輸入整型數(shù)據(jù)時(shí)，如不小心鍵入字母符號(hào)等，則程序立即出錯(cuò)；還有如在要求輸入一個(gè)字符時(shí)，如果不小心輸入為了字符串，則也會(huì)出錯(cuò)（此時(shí)多鍵入的字符被保留在緩沖區(qū)內(nèi)，當(dāng)下次要求屏幕輸入時(shí)先從緩沖區(qū)取出導(dǎo)致出錯(cuò)）。因此設(shè)計(jì)了一個(gè)判斷函數(shù)intshuzi(intn);

進(jìn)行處理此類輸入異常錯(cuò)誤。此函數(shù)主要設(shè)計(jì)思路為：定義一個(gè)動(dòng)態(tài)字符串指針，輸入后判斷每個(gè)輸入的字符是否在’0’—‘9’之間來判斷是否輸入的為數(shù)字字符，然后按照字符ASCII碼值與數(shù)字值的關(guān)系將輸入的字符轉(zhuǎn)換為整數(shù)。而對(duì)于字符輸入的問題，可以定義為一個(gè)動(dòng)態(tài)字符串指針然后只取輸入的第一個(gè)字符內(nèi)容。5.3.2關(guān)于某些判斷算法優(yōu)劣問題：在程序中很多地方都會(huì)用到循環(huán)判斷是否符合條件的算法，在設(shè)計(jì)這些算法時(shí)有很多方法，而有的算法可以更節(jié)省時(shí)間。如下安全性算法中尋找尋找符合Finish[i]==0條件的進(jìn)程的例子：/*算法一：

for(j=0;j<m;j++)

if(Work[j]>=Need[i][j])counter=counter+1;//記數(shù)

if(counter==m){…*/

//算法二：

for(j=0;j<m;j++)

if(Work[j]>=Need[i][j]);

//可用大于等于需求

else{

counter=1;

break;

}

if(counter!=1){…顯然算法二要優(yōu)于算法一。本程序中還有很多類似的地方。這里主要考慮的是一個(gè)程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。六、心得體會(huì)在設(shè)計(jì)此程序的過程中，我遇到過許多問題，也學(xué)到了很多東西。本程序的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)主要是用C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)程序算法的設(shè)計(jì)優(yōu)化、輸出顯示的格式設(shè)計(jì)、輸入過程中的異常處理等一些設(shè)計(jì)過程中的問題的考慮解決，在C++學(xué)習(xí)上也有了很大的進(jìn)步。程序設(shè)計(jì)過程中開始遇到的最大的問題是算法的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，課本上只給了設(shè)計(jì)要求及簡(jiǎn)單的算法，要真正實(shí)現(xiàn)還需要考慮很多方面。在算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上考慮了很長(zhǎng)時(shí)間。在程序設(shè)計(jì)中先后參考了很多網(wǎng)絡(luò)資料，也參考了一些別人寫的的程序，綜合這些算法思想和自己的思路對(duì)程序做了很好的設(shè)計(jì)方式，對(duì)一些算法的優(yōu)越性等也作了一些考慮。此外考慮最多的就是異常錯(cuò)誤處理的設(shè)計(jì)。一個(gè)好的程序必須能在各種環(huán)境下都有其相應(yīng)的處理方式，至少能應(yīng)對(duì)一些常見的可能發(fā)生的錯(cuò)誤。在課程設(shè)計(jì)過程中遇到了許多問題，也向同宿舍的同學(xué)做了一些請(qǐng)教一起討論，也因此從他們身上學(xué)到了許多東西。七、參考文獻(xiàn)[1]湯子瀛等.《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.10.[2]劉璟等.《高級(jí)語(yǔ)言c++程序設(shè)計(jì)》.北京：高等教育出版社，2006.03.[3]胡志剛、譚長(zhǎng)庚.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng).中南大學(xué)出版社.2005.7[4]張堯?qū)W.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程（第二版）.清華大學(xué)出版社.2000.8八、附錄#include<iostream.h>

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<conio.h>

#include<string.h>//===定義全局變量===

constintx=50,y=100;

intAvailable[x];

intAllocation[y][y];

intMax[y][y];

intNeed[y][y];

intRequest[x];

intWork[x];

intFinish[y];

intp[y];inti,j;

intn,m;

//n為進(jìn)程的數(shù)量,m為資源種類數(shù)

intl=0,counter=0;

//函數(shù)聲明

intshuzi(intsz);

voidchushihua();

//系統(tǒng)初始化函數(shù)

voidsafe();

//安全性算法函數(shù)

voidbank();

//銀行家算法函數(shù)

voidshowdata();

//===數(shù)字判斷函數(shù)===

intshuzi(intsz){

char*temp;

temp=newchar;

intlen;

sz=0;//清零

chars;//

do{

//gets(temp);

//getline(cin,temp)

cin>>temp;

len=strlen(temp);

for(inti=0;i<len;i++){

s=*(temp+i);

if(s<'0'||s>'9'){

cout<<"抱歉，輸錯(cuò)了!你輸入的是數(shù)字嗎?!\n\n";

cout<<"請(qǐng)重新輸入：";

break;

}

}

}while(s<'0'||s>'9');

for(inti=0;i<len;i++){

/

intt=1;

for(intj=1;j<len-i;j++)t*=10;

sz+=(*(temp+i)-48)*t;

}

returnsz;

}

//===系統(tǒng)初始化函數(shù)===

voidchushihua(){

//===系統(tǒng)初始化輸入===

cout<<"%%程序開始，系統(tǒng)初始化輸入%%"<<endl;

//<<endl

cout<<"==============================================================="<<endl<<endl;

cout<<"請(qǐng)輸入進(jìn)程的數(shù)量:"

n=shuzi(n);

cout<<"請(qǐng)輸入資源種類數(shù):";

m=shuzi(m);

cout<<endl<<endl<<"請(qǐng)輸入各種資源可利用的數(shù)量("<<m<<"種):"<<endl;

cout<<endl;

for(j=0;j<m;j++){

cout<<"

輸入資源"<<j<<"可利用的數(shù)量Available["<<j<<"]:";

Available[j]=shuzi(Available[j]);

Work[j]=Available[j];

//初始化Work[j]

//

cout<<endl;

}

//system("cls");

//清屏

cout<<endl;

cout<<"請(qǐng)輸入各進(jìn)程當(dāng)前已分配的資源數(shù)量Allocation["<<n<<"]["<<m<<"]:"<<endl<<endl;

for(i=0;i<n;i++){

for(j=0;j<m;j++){

cout<<"

請(qǐng)輸入進(jìn)程"<<i<<"當(dāng)前已分配的資源"<<j<<"數(shù)量:";

Allocation[i][j]=shuzi(Allocation[i][j]);

}

cout<<endl;

Finish[i]=0;//初始化Finish[i]

//break;

}

cout<<endl<<endl;

cout<<"請(qǐng)輸入各進(jìn)程對(duì)各類資源的最大需求數(shù)Max["<<n<<"]["<<m<<"]:"<<endl<<endl;

for(i=0;i<n;i++){

for(j=0;j<m;j++){

cout<<"

請(qǐng)輸入進(jìn)程"<<i<<"對(duì)資源"<<j<<"的最大需求數(shù):";

Max[i][j]=shuzi(Max[i][j]);

if(Max[i][j]>=Allocation[i][j])

//

Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j];

//計(jì)算還需求量

else

Need[i][j]=0;

}

cout<<endl;

}

cout<<endl<<"%%初始化完成!%%"<<endl;

}//===安全性算法函數(shù)===

voidsafe(){

l=0;

for(i=0;i<n;){

//i++

if(Finish[i]==0){

//尋找Finish[i]==0的進(jìn)程

條件一

counter=0;

//記數(shù)器

for(j=0;j<m;j++)

if(Work[j]>=Need[i][j]);

//可用大于等于需求

else{

counter=1;

break;

}

if(counter!=1){//進(jìn)程的每類資源量都符合條件Work[j]>=Need[i][j]

條件二

p[l]=i;

//存儲(chǔ)安全序列

Finish[i]=1;

for(j=0;j<m;j++){

Work[j]=Work[j]+Allocation[i][j];

}

l=l+1;

i=-1;

}

}

i++;

}

}

//===顯示分配情況函數(shù)===

voidshowdata()//函數(shù)showdata,輸出當(dāng)前資源分配情況

{

inti,j;//局部變量

intAll[y];//各種資源的總數(shù)量

intl2;//局部變量

l1,

cout<<"==============================================================="<<endl<<endl;

cout<<"%%系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)如下：%%"<<endl<<endl;cout<<"%%各種資源的總數(shù)量(all):"<<endl;

for(j=0;j<m;j++){

cout<<"資源"<<j<<":";

All[j]=Available[j];

for(i=0;i<n;i++){

All[j]+=Allocation[i][j];

cout<<All[j]<<"

";

if((j+1)%5==0)cout<<endl;

//每行顯示五個(gè)

&&j!=0

}

cout<<endl<<endl;

cout<<"%%系統(tǒng)目前各種資源可用的數(shù)為(available):"<<endl;

for(j=0;j<m;j++){

cout<<"資源"<<j<<":"<<Available[j]<<"

";

if((j+1)%5==0)cout<<endl;//每行最多顯示五個(gè)

&&j!=0

}

cout<<endl<<endl;

cout<<"%%各進(jìn)程已經(jīng)得到的資源量(allocation):"<<endl;

//

l1=0;

//歸零

for(i=0;i<=m/5;i++){

for(j=i*5;j<i*5+5&&j<m;j++)cout<<"

資源"<<j;

cout<<endl;

for(l2=0;l2<n;l2++){

cout<<"進(jìn)程"<<l2<<":";

for(j=i*5;j<i*5+5&&j<m;j++)cout<<Allocation[l2][j]<<"

";

cout<<endl;

}

}

cout<<endl;

cout<<"%%各進(jìn)程還需要的資源量(need):"<<endl;

//<<endl

//l1=0;

for(i=0;i<=m/5;i++){

//設(shè)計(jì)每行顯示五種資源

for(j=i*5;j<i*5+5&&j<m;j++)cout<<"

資源"<<j;

cout<<endl;

for(l2=0;l2<n;l2++){

cout<<"進(jìn)程"<<l2<<":";

for(j=i*5;j<i*5+5&&j<m;j++)cout<<Need[l2][j]<<"

";

cout<<endl;

}

}

//===銀行家算法函數(shù)===

voidbank(){

cout<<"==============================================================="<<endl<<endl;

cout<<"%%以下開始為進(jìn)程進(jìn)行資源分配申請(qǐng)%%"<<endl<<endl;

//===申請(qǐng)資源===

intk=0;//用于輸入進(jìn)程編號(hào)

boolr=false;

//初值為假，輸入Y繼續(xù)申請(qǐng)則置為真

do{

//輸入請(qǐng)求

cout<<"請(qǐng)輸入申請(qǐng)資源的進(jìn)程編號(hào)(輸入0--"<<n-1<<"之間):";

k=shuzi(k);

cout<<endl;

while(k>n-1){//輸入異常處理

cout<<endl<<"您輸入了錯(cuò)誤的進(jìn)程號(hào)，請(qǐng)重新輸入!"<<endl;

cout<<endl<<"請(qǐng)輸入申請(qǐng)資源的進(jìn)程編號(hào)(輸入0--"<<n-1<<"之間):";

k=shuzi(k);

cout<<endl;

}

cout<<endl<<"請(qǐng)輸入該進(jìn)程申請(qǐng)各類資源的數(shù)量:"<<endl;

for(j=0;j<m;j++){

do{

cout<<"進(jìn)程"<<k<<"申請(qǐng)資源["<<j<<"]的數(shù)量:";

Request[j]=shuzi(Request[j]);

cout<<endl;

if(Request[j]>Need[k][j]){

cout<<"申請(qǐng)大于需要量!!!"<<endl;

cout<<"您申請(qǐng)資源"<<j<<"的數(shù)量為"<<Request[j]<<",大于進(jìn)程"<<k<<"對(duì)該資源需求量"<<Need[k][j]<<"。"<<endl;

cout<<"請(qǐng)重新輸入!!!"<<endl;

}

else

if(Request[j]>Available[j]){

cout<<"\n沒有那么多資源，目前可利用資源"<<j<<"數(shù)量為"<<Available[j]<<",本次申請(qǐng)不成功，進(jìn)程等待!!!"<<endl;

Finish[k]=0;

//該進(jìn)程等待

gotoppp;

}

}while(Request[j]>Need[k][j]);

//Request[j]>Available[j]||

}

//改變Avilable、Allocation、Need的值

for(j=0;j<m;j++){

Available[j]=Available[j]-Request[j];

Allocation[k][j]=Allocation[k][j]+Request[j];

Need[k][j]=Need[k][j]-Request[j];

Work[j]=Available[j];

}

//判斷當(dāng)前狀態(tài)的安全性

safe();

//調(diào)用安全性算法函數(shù)

if(l<n){

l=0;

cout<<"\n當(dāng)前狀態(tài)不安全,不予分配!!!!!!"<<endl;

//恢復(fù)數(shù)據(jù)

for(j=0;j<m;j++){

Available[j]=Available[j]+Request[j];

Allocation[k][j]=Allocation[k][j]-Request[j];

Need[k][j]=Need[k][j]+Request[j];

Work[j]=Available[j];

}

for(i=0;i<n;i++)

Finish[i]=0;

/

}

else{

//

system("cls");

l=0;

cout<<"\n申請(qǐng)資源成功!!!"<<endl;//===========================================

/*

for(j=0;j<m;j++)if(Need[k][j]==0)l=l+1;

if(l==m){

//此處借用l做下計(jì)數(shù)器

for(j=0;j<m;j++){

Available[j]=Available[j]+Max[k][j];

Allocation[k][j]=0;

}

}

l=0;

//歸零

//===========================================

cout<<"\n安全的狀態(tài)!!!"<<endl;

cout<<"安全序列為:

";

cout<<endl<<"進(jìn)程"<<"("<<p[0]<<")";

Finish[0]=0;

for(i=1;i<n;i++){

cout<<"==>>"<<"進(jìn)程"<<"("<<p[i]<<")";

Finish[i]=0;//所有進(jìn)程置為未分配狀態(tài)

}

cout<<endl<<endl;

}

showdata();

//顯