计算机与信息工程系《计算机系统与系统软件》
课程设计报告
题目：模拟实现银行家算法实现死锁避免专业：信息管理与信息系统
班级：信管082班
学号：
姓名：
指导老师：
2010年9 月9 日
一、实验题目
模拟实现银行家算法实现死锁避免
二、目的：
1、了解进程产生死锁的原因，了解为什么要进行死锁的避免。
2、掌握银行家算法的数据结构，了解算法的执行过程，加深对银行家算法的理解。
三、内容：
模拟实现银行家算法实现死锁避免。要求：初始数据（如系统在T0时刻的资源分配情况、每一种资源的总数量）从文本文件读入，文件中给出最大需求矩阵Max、分配矩阵Allocation，在程序中求得需求矩阵Need和可利用资源向量A vailable。
四、实验提示：
1、整个银行家算法的思路。
先对用户提出的请求进行合法性检查，再进行预分配，利用安全性检查算法进行安全性检查。
2、算法用到的主要数据结构和C语言说明。
（1）、可利用资源向量INT A V AILABLE[M] M为资源的类型。
（2）、最大需求矩阵INT MAX[N][M] N为进程的数量。
（3）、已分配矩阵INT ALLOCA TION[N][M]
（4）、还需求矩阵INT NEED[N][N]
（5）、申请各类资源数量int Request[x]; //
（6）、工作向量int Work[x];
（7）、int Finish[y]; //表示系统是否有足够的资源分配给进程，0为否，非0为是
3、银行家算法（主程序）
（1）、系统初始化。输入进程数量，资源种类，各进程已分配、还需求各资源数量，各资源可用数量等
（2）、输入用户的请求三元组（I，J，K），为进程I申请K个J类资源。
（3）、检查用户的请求是否小于还需求的数量，条件是K<=NEED[I,J]。如果条件不符则提示重新输入，即不允许索取大于需求量
（4）、检查用户的请求是否小于系统中的可利用资源数量，条件是K<=A V ALIABLE[I,J]。
如果条件不符则申请失败，阻塞该进程，重新进行进程动态资源申请（使用goto语句）
（5）、进行资源的预分配，语句如下：
A V ALIBLE[I][J]= A V ALIBLE[I][J]-K；
ALLOCA TION[I][J]= ALLOCA TION[I][J]+K；
NEED[I][J]=NEED[I][J]-K；
（6）、系统调用安全性检查算法（safe()函数）进行检查，如果检查通过，则不用回收，否则进行回收，进程资源申请失败进入等待。
4、安全性检查算法（safe()子函数）
（1）、设置两个临时变量。
FINISH[N]记录进程模拟执行的结束状态，初值为0，如果可以模拟执行结束，则可
设为1，也可设为其它非零值以表示执行的先后次序。
WORK[M]记录模拟执行中资源的回收情况，初值为A V AILABLE[M]的值。（2）、在进程中查找符合以下条件的进程。
条件1：FINISH[I]=0
条件2：NEED[I][J]〈=WORK[J]
（3）、如果查找成功则进行资源的模拟回收，语句如下：
WORK[J]=WORK[J]+ALLOCA TION[I][J]；
FINISH[I]=1 或查找到的顺序号
（4）、如果查找不成功，则检查所有进程的FINISH[]，如果有一个为0，则系统不为0，返回不成功标志。否则返回成功标志。
五、程序源代码
六、程序运行结果及分析
1、示例数据
（1）初始化文件内容，见运行结果中第一个数据框。
（2）P1发出请求向量Request1( 1 ,0 ,2 )
2、运行结果
3、出现问题及解决方案
本程序考虑了程序功能实现、格式显示合理化、输入错误异常处理等各个方面的设计，尽可能使程序设计的更加完美。在长期的设计调试过程中遇到过许多问题，通过网上搜索、查询资料、调试试验等方法一一解决。下面大致罗列一些主要问题：
（1）、关于某些判断算法优劣问题：
在程序中很多地方都会用到循环判断是否符合条件的算法，在设计这些算法时有很多方法，而有的算法可以更节省时间。如下安全性算法中寻找寻找符合Finish[i]==0条件的进程的例子：
/* 算法一：
for (j=0; j if (Work[j]>=Need[i][j]) counter=counter+1;//记数 if(counter==m){… */ //算法二： for (j=0; j if (Work[j]>=Need[i][j]); //可用大于等于需求 else{ counter=1; break; } if(counter!=1){… 显然算法二要优于算法一。本程序中还有很多类似的地方。这里主要考虑的是一个程序的优化设计问题。 （2）、关于某些系统函数调用时的执行顺序： 在调用一些系统函数如getch() 、system("pause")等时发现其执行顺序的一些问题。如类似： cout<<" =================================="< cout<<" \n\n\n"< system("pause");//暂停 调试时发现此时：在Microsoft Visual C++ 6.0中先执行system("pause") 再输出显示，而在调试器Bloodshed Dev-C++中则顺序执行；但当把cout<<" \n\n\n"< 查找了一下相关帮助： 在OSTREAM.H中有这样的一个inline函数： inline _CRTIMP ostream& __cdecl endl(ostream& _outs) { return _outs << '\n' << flush; }。 也就是说 endl= return _outs << '\n' << flush; endl除了写'\n'进外，还调用flush函数，刷新缓冲区，把缓冲区里的数据写入文件或屏幕。如果考虑效率就用'\n' （3）、关于设置暂停的方法： 在有些地方需要暂停一下以便于用户查看信息等，总结了下大致可用以下几中方法： 方法一： #include system("pause");//暂停一下并显示“输入任意键继续…” 方法二： #include getchar();//须按回车键结束，不是任意键 方法三： #include getch();//等待键盘输入，不返回任何值，无任何显示 方法四： 使用char* tt=new char; cin>>tt; 方式，要求键盘输入一个与程序无关的变量 七、心得体会 “银行家算法的模拟实现”是本学期操作系统课程唯一的课程设计。在设计此程序的过程中，我遇到过许多问题，也学到了很多东西。本程序的设计实现主要是用C++语言实现，通过对程序算法的设计优化、输出显示的格式设计、输入过程中的异常处理等一些设计过程中的问题的考虑解决，在C++学习上也有了很大的进步。程序设计过程中开始遇到的最大的问题是算法的结构设计问题，课本上只给了设计要求及简单的算法，要真正实现还需要考虑很多方面。在算法的数据结构设计上考虑了很长时间。在程序设计中先后参考了很多网络资料，也参考了一些别人写的的程序，综合这些算法思想和自己的思路对程序做了很好的设计方式，对一些算法的优越性等也作了一些考虑。此外考虑最多的就是异常错误处理的设计。一个好的程序必须能在各种环境下都有其相应的处理方式，至少能应对一些常见的可能发生的错误。比如一般的要求输入为数字时，如果输入了一个非数字字符，程序就会立即出错无法继续运行，本程序针对这个问题设计了一个shuzi();函数进行处理，处理方式为：接受键盘输入的字符为字符串，然后对字符串的每个字符进行判断是否为数字，如果有非数字字符出现则提示出错并要求重新输入。又如在判断是否继续时要求输入Y/N时，按一般的方式，如果输入为多个字符，则多余的字符会保存在缓冲区，到下次要求输入时输入而导致出错，对此问题设计处理方式为接受输入字符保存为串然后只取其首字符进行判断。还有很多类似的错误处理。还有在设置程序的显示优化时，发现暂停函数在不同的情况下执行顺序不同，如此等等。在课程设计过程中遇到了许多问题，也向同宿舍的同学做了一些请教一起讨论，也因此从他们身上学到了许多东西。 计算机操作系统实验报告 题目利用银行家算法避免死锁 一、实验目的： 1、加深了解有关资源申请、避免死锁等概念，并体会和了解死锁和避免死锁的具体实施方法。 2、要求编写和调试一个系统动态分配资源的简单模拟程序，观察死锁产生的条件，并采用银行家算法，有效的防止和避免死锁的发生。 二、实验内容： 用银行家算法实现资源分配： 设计五个进程{p0,p1,p2,p3,p4}共享三类资源{A,B,C}的系统，例如，{A,B,C}的资源数量分别为10，5，7。进程可动态地申请资源和释放资源，系统按进程的申请动态地分配资源，要求程序具有显示和打印各进程的某一个时刻的资源分配表和安全序列；显示和打印各进程依次要求申请的资源号以及为某进程分配资源后的有关资源数据。 三、问题分析与设计： 1、算法思路： 先对用户提出的请求进行合法性检查，即检查请求是否大于需要的，是否大于可利用的。若请求合法，则进行预分配，对分配后的状态调用安全性算法进行检查。若安全，则分配；若不安全，则拒绝申请，恢复到原来的状态，拒绝申请。 2、银行家算法步骤： （1）如果Requesti＜or =Need,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Request＜or=Available,则转向步骤（3）；否则，表示系统中尚无足够的资源，进程必须等待。 （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=Available-Request[i]; Allocation=Allocation+Request; Need=Need-Request; (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。 3、安全性算法步骤： （1）设置两个向量 ①工作向量Work。它表示系统可提供进程继续运行所需要的各类资源数目，执行安全算法开始时，Work=Allocation; ②布尔向量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，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： ①Finish[i]=false ②Need 操作系统之调度算法和死锁中的银行家算法习 题答案 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY- 1. 有三个批处理作业，第一个作业 10:00 到达，需要执行 2 小时；第二个作业在10:10到达，需要执行 1 小时；第三个作业在 10:25 到达，需要执行 25 分钟。分别采用先来先服 务，短作业优先和最高响应比优先三种调度算法，各自的平均周转时间是多少？解： 先来先服务： （结束时间=上一个作业的结束时间+执行时间 周转时间=结束时间-到达时间=等待时间+执行时间） 按到达先后，执行顺序：1->2->3 短作业优先： 1)初始只有作业1，所以先执行作业1，结束时间是12:00，此时有作业2和3； 2)作业3需要时间短，所以先执行； 3)最后执行作业2 最高响应比优先： 高响应比优先调度算法既考虑作业的执行时间也考虑作业的等待时间，综合了先来先服务和最短作业优先两种算法的特点。 1)10:00只有作业1到达，所以先执行作业1； 2)12:00时有作业2和3， 作业2：等待时间=12:00-10:10=110m;响应比=1+110/60=2.8； 作业3：等待时间=12:00-10:25=95m，响应比=1+95/25=4.8； 所以先执行作业3 3)执行作业2 2. 在一单道批处理系统中，一组作业的提交时刻和运行时间如下表所示。试计算一下三种 作业调度算法的平均周转时间 T 和平均带权周转时间 W。 （ 1）先来先服务；（ 2）短作业优先（ 3）高响应比优先 解： 先来先服务： 作业顺序：1,2,3,4 短作业优先： 作业顺序： 1）选择题 （1）为多道程序提供的可共享资源不足时，可能出现死锁。但是，不适当的 _C__ 也可能产生死锁。 A. 进程优先权 B. 资源的线性分配 C. 进程推进顺序 D. 分配队列优先权 （2）采用资源剥夺法可以解除死锁，还可以采用 _B___ 方法解除死锁。 A. 执行并行操作 B. 撤消进程 C. 拒绝分配新资源 D. 修改信号量 （3）发生死锁的必要条件有四个，要防止死锁的发生，可以通过破坏这四个必要条件之一来实现，但破坏 _A__ 条件是不太实际的。 A. 互斥 B. 不可抢占 C. 部分分配 D. 循环等待 （4）为多道程序提供的资源分配不当时，可能会出现死锁。除此之外，采用不适当的_ D _ 也可能产生死锁。 A. 进程调度算法 B. 进程优先级 C. 资源分配方法 D. 进程推进次序 （5）资源的有序分配策略可以破坏 __D___ 条件。 A. 互斥使用资源 B. 占有且等待资源 C. 非抢夺资源 D. 循环等待资源 （6）在 __C_ 的情况下，系统出现死锁。 A. 计算机系统发生了重大故障 B. 有多个封锁的进程同时存在 C. 若干进程因竞争资源而无休止地相互等待他方释放已占有的资源 D. 资源数大大小于进程数或进程同时申请的资源数大大超过资源总数 （7）银行家算法在解决死锁问题中是用于 _B__ 的。 A. 预防死锁 B. 避免死锁 C. 检测死锁 D. 解除死锁 （8）某系统中有3个并发进程，都需要同类资源4个，试问该系统不会发生死锁的最少资源数是 _C__ 。 A. 12 B. 11 C. 10 D. 9 （9）死锁与安全状态的关系是 _A__ 。 A. 死锁状态一定是不安全状态 B. 安全状态有可能成为死锁状态 C. 不安全状态就是死锁状态 D. 死锁状态有可能是安全状态 （10）如果系统的资源有向图 _ D __ ，则系统处于死锁状态。 A. 出现了环路 B. 每个进程节点至少有一条请求边 C. 没有环路 D. 每种资源只有一个，并出现环路 （11）两个进程争夺同一个资源，则这两个进程 B 。 模拟通过银行家算法避免死锁 一、银行家算法产生的背景及目的 1：在多道程序系统中，虽然借助于多个进程的并发执行来改善系统的利用率，提高系统的吞吐量，但可能发生一种危险—死锁。死锁就是多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵局状态时，如无外力作用，他们将无法再向前进行，如再把信号量作为同步工具时，多个Wait和Signal 操作顺序不当，会产生进程死锁。 然而产生死锁的必要条件有互斥条件，请求和保持条件，不剥夺条件和环路等待条件。在预防死锁的几种方法中，都施加了较强的限制条件，在避免死锁的方法中，所施加的条件较弱，有可能获得令人满意的系统性能。在该方法中把系统的状态分为安全状态和不安全状态，只要能使系统都处于安全状态，便可避免死锁。2：实验目的：让学生独立的使用编程语言编写和调试一个系统分配资源的简单模拟程序，了解死锁产生的原因及条件。采用银行家算法及时避免死锁的产生，进一步理解课堂上老师讲的相关知识点。银行家算法是从当前状态出发，逐个按安全序列检查各客户中谁能完成其工作，然后假定其完成工作且归还全部贷款，再进而检查下一个能完成工作的客户。如果所有客户都能完成工作，则找到一个安全序列，银行家才是安全的。 二：银行家算法中的数据结构 1：可利用资源向量Available。这是一个含有m个元素的数组，其中的每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的数目，其数值随该类资源的分配和回收而动态的改变。如果Available[j]=k，z 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，表示第i个进程需要第Rj 类资源的最大数目k个. 3: 分配矩阵Allocation,也是n*m的矩阵，若Allocation[i,j]=k,表示第i 个进程已分配Rj类资源的数目为k个。 4：需求矩阵Need。也是一个n*m的矩阵，Need[i,j]=k,表示第i个进程还需Rj类资源k个。 三、银行家算法及安全性算法 1：银行家算法 设Request[i]是进程Pi的请求向量，若Request[i][j]=k;表示进程需要j类资源k个。当Pi发出资源请求时，系统按下属步骤进行检查； (1)如果Request[i][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他所宣布的最大值。 (2)如果Request[i][j]<=Available[i][j],便转向步骤（3），否则认为尚无足 够资源，进程需等待。 死锁习题 一、填空题 2．死锁产生的原因是。 3．产生死锁的四个必要条件是、、、。 二、单项选择题 1．两个进程争夺同一个资源。 （A）一定死锁（B）不一定死锁 （C）不死锁（D）以上说法都不对 4．如果发现系统有的进程队 列就说明系统有可能发生死锁了。 （A）互斥（B）可剥夺 （C）循环等待（D）同步 5．预先静态分配法是通过破坏条件，来达到预防死锁目的的。 （A）互斥使用资源/循环等待资源 （B）非抢占式分配/互斥使用资源 （C) 占有且等待资源/循环等待资源 （D）循环等待资源/互斥使用资源 7．下列关于死锁的说法中，正确的是？ 1）有环必死锁; 2）死锁必有环; 3）有环无死锁; 4）死锁也无环 8．资源有序分配法的目的是？ 1）死锁预防; 2）死锁避免; 3）死锁检测; 4）死锁解除 8．死锁的预防方法中，不太可能的一种方法使（）。 A 摈弃互斥条件 B 摈弃请求和保持条件 C 摈弃不剥夺条件 D 摈弃环路等待条件 10. 资源的按序分配策略可以破坏（）条件。 A 互斥使用资源 B 占有且等待资源 C 不可剥夺资源 D 环路等待资源 三、多项选择题 1．造成死锁的原因是_________。 （A）内存容量太小（B）系统进程数量太多，系统资源分配不当 （C）CPU速度太慢（D）进程推进顺序不合适 （E）外存容量太小 2．下列叙述正确的是_________。 （A）对临界资源应采取互斥访问方式来实现共享 （B）进程的并发执行会破坏程序的“封 闭性” （C）进程的并发执行会破坏程序的“可再现性” （D）进程的并发执行就是多个进程同时占有CPU （E）系统死锁就是程序处于死循环3．通常不采用_________方法来解除死锁。 （A）终止一个死锁进程（B）终止所有死锁进程 （C）从死锁进程处抢夺资源（D）从非死锁进程处抢夺资源 （E）终止系统所有进程 5．通常使用的死锁防止策略有_________。 （A）动态分配资源（B）静态分配资源 （C）按序分配资源（D）非剥夺式分配资源 （E）剥夺式分配资源 四、名词解释 1死锁 操作系统实验报告-死锁的避免 操作系统实验（二）死锁的避免 1.实验内容 使用C++实现模拟随机算法和银行家算法 2.实验目的 （1）了解死锁的产生原因（随机算法） （2）理解死锁的解决办法（银行家算法） 3.实验题目 使用随机算法和银行家算法设计程序 4.程序流程图 主要过程流程图 银行家算法流程图 安全性算法流程图 5.程序代码和运行结果#include #define true 1 //系统中所有进程数量 #define PNUMBER 3 //最大需求矩阵 RES Max[PNUMBER]; //已分配资源数矩阵 RES Allocation[PNUMBER]; //需求矩阵 RES Need[PNUMBER]; //可用资源向量 RES Available={0,0,0}; //安全序列 int safe[PNUMBER]; void setConfig() { int i=0,j=0; printf("================开始手动配置资源==================\n"); //可分配资源 printf("输入可分配资源\n"); scanf("%d%d%d",&Available.A,&Available.B,&Available.C); //最大需求矩阵MAX printf("输入最大需求矩阵%dx%d\n",PNUMBER,PNUMBER ); for (i=0;i 实验六银行家算法避免死锁 一.实验目的 1、加深对死锁概念的理解 2、能够利用银行家算法有效地避免死锁的发生、或检测死锁的存在 二.实验内容及步骤 本实验在winTC环境下实现，winTC安装程序在ftp上，请自行安装。 1.利用银行家算法写一个程序，判定系统的安全性。 已知某系统有5个进程P0，P1，P2，P3，P4，三类资源A、B、C。死锁检测程序工作时 0)。 #define m 3 #define n 5 main(){ int test(int av[],int ned[],all[]); int available[m]={0,0,0},need[n][m]; int allocation[n][m]={{0,1,0},{2,0,0},{3,0,3},{2,1,1},{0,0,2}};//已占有资源 int i,j,g=1; int finish[n]={0,0,0,0,0};//已完成的进程 clrscr();//清屏 printf(“please input the need resource data\n”); for(i=0;i scanf(“%d”,&need[i][j]);//输入各个进程需要的资源 j=0; do{ for(i=0;i 死锁练习题 (一)单项选择题 l系统出现死锁的根本原因是( )。A．作业调度不当B．系统中进程太多C．资源的独占性D．资源管理和进程推进顺序都不得当 2．死锁的防止是根据( )采取措施实现的。A．配置足够的系统资源B．使进程的推进顺序合理C．破坏产生死锁的四个必要条件之一D．防止系统进入不安全状态 3．采用按序分配资源的策略可以防止死锁．这是利用了使( )条件不成立。A．互斥使用资源B循环等待资源c．不可抢夺资源D．占有并等待资源 4．可抢夺的资源分配策略可预防死锁，但它只适用于( )。A．打印机B．磁带机c．绘图仪D．主存空间和处理器 5．进程调度算法中的( )属于抢夺式的分配处理器的策略。A．时间片轮转算法B．非抢占式优先数算法c．先来先服务算法D．分级调度算法 6．用银行家算法避免死锁时，检测到( )时才分配资源。A．进程首次申请资源时对资源的最大需求量超过系统现存的资源量B．进程己占用的资源数与本次申请资源数之和超过对资源的最大需求量c．进程已占用的资源数与本次申请的资源数之和不超过对资源的最大需求量，且现存资源能满足尚需的最大资源量D进程已占用的资源数与本次申请的资源数 之和不超过对资源的最大需求量，且现存资源能满足本次申请量，但不能满足尚需的最大资源量 7．实际的操作系统要兼顾资源的使用效率和安全可靠，对资源的分配策略，往往采用( )策略。A死锁的防止B．死锁的避免c．死锁的检测D．死锁的防止、避免和检测的混合(二)填空题 l若系统中存在一种进程，它们中的每一个进程都占有了某种资源而又都在等待其中另一个进程所占用的资源。这种等待永远不能结束,则说明出现了______。2．如果操作系统对 ______或没有顾及进程______可能出现的情况，则就可能形成死锁。3．系统出现死锁的四 银行家死锁避免算法模拟 一．课程设计目的 通过本次实验掌握银行家死锁避免算法的基本思想。当进程提出资源申请时，能够用该算法判断是否拒绝进程请求。 二．课程设计摘要 银行家算法： 我们可以把操作系统看作是银行家，操作系统管理的资源相当于银行家管理的资金，进程向操作系统请求分配资源相当于用户向银行家贷款。操作系统按照银行家制定的规则为进程分配资源，当进程首次申请资源时，要测试该进程对资源的最大需求量，如果系统现存的资源可以满足它的最大需求量则按当前的申请量分配资源，否则就推迟分配。当进程在执行中继续申请资源时，先测试该进程已占用的资源数与本次申请的资源数之和是否超过了该进程对资源的最大需求量。若超过则拒绝分配资源，若没有超过则再测试系统现存的资源能否满足该进程尚需的最大资源量，若能满足则按当前的申请量分配资源，否则也要推迟分配。 四．课程设计原理分析 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，是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵局状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。为保证系统中诸进程的正常运行，应事先采取必要的措施，来预防死锁。最有代表性的避免死锁的方法，是Dijkstra的银行家算法。 死锁： 死锁的产生，必须同时满足四个条件，第一个为互斥条件，即一个资源每次只能由一个进程占用；第二个为请求和保持条件，指进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源又被其他进程占有，此时请求进 程阻塞，但又对自己已获得的其他资源保持不放；第三个为非剥夺条件，即在出现死锁的系统中一定有不可剥夺使用的资源；第四个为循环等待条件，系统中存在若干个循环等待的进程，即其中每一个进程分别等待它前一个进程所持有的资源。防止死锁的机构只能确保上述四个条件之一不出现，则系统就不会发生死锁。 银行家算法原理： 银行家算法是避免死锁的一种重要方法，通过编写一个简单的银行家算法程序，加深了解有关资源申请、避免死锁等概念，并体会和了解死锁和避免死锁的具体实施方法。通过这个算法可以用来解决生活中的实际问题，如银行贷款等。 银行家算法，顾名思义是来源于银行的借贷业务，一定数量的本金要应多个客户的借贷周转，为了防止银行家资金无法周转而倒闭，对每一笔贷款，必须考察其是否能限期归还。在操作系统中研究资源分配策略时也有类似问题，系统中有限的资源要供多个进程使用，必须保证得到的资源的进程能在有限的时间内归还资源，以供其他进程使用资源。如果资源分配不得到就会发生进程循环等待资源，则进程都无法继续执行下去的死锁现象。把一个进程需要和已占有资源的情况记录在进程控制中，假定进程控制块PCB其中“状态”有就绪态、等待态和完成态。当进程在处于等待态时，表示系统不能满足该进程当前的资源申请。“资源需求总量”表示进程在整个执行过程中总共要申请的资源量。显然，，每个进程的资源需求总量不能超过系统拥有的资源总数, 银行算法进行资源分配可以避免死锁. 算法思想： 将一定数量的资金供多个用户周转使用，当用户对资金的最大申请量不超过现存资金时可接纳一个新客户，客户可以分期借款，但借款总数不能超过最大的申请量。银行家对客户的借款可以推迟支付，但是能够使客户在有限的时间内得到借款，客户得到所有的借款后能在有限的时间内归还。 用银行家算法分配资源时，测试进程对资源的最大需求量，若现存资源能满足最大需求就满足当前进程的申请，否则推迟分配，这样能够保证至少有一个进程可以得到所需的全部资源而执行到结束，然后归还资源，若OS能保证所有进程在有限的时间内得到所需资源则称系统处于安全状态。 操作系统实验报告利用 银行家算法避免死锁 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】 计算机操作系统实验报告题目利用银行家算法避免死锁 一、实验目的： 1、加深了解有关资源申请、避免死锁等概念，并体会和了解死锁和避免死锁的具体实施方法。 2、要求编写和调试一个系统动态分配资源的简单模拟程序，观察死锁产生的条件，并采用银行家算法，有效的防止和避免死锁的发生。 二、实验内容： 用银行家算法实现资源分配： 设计五个进程{p0,p1,p2,p3,p4}共享三类资源{A,B,C}的系统，例如，{A,B,C}的资源数量分别为10，5，7。进程可动态地申请资源和释放资源，系统按进程的申请动态地分配资源，要求程序具有显示和打印各进程的某一个时刻的资源分配表和安全序列；显示和打印各进程依次要求申请的资源号以及为某进程分配资源后的有关资源数据。 三、问题分析与设计： 1、算法思路： 先对用户提出的请求进行合法性检查，即检查请求是否大于需要的，是否大于可利用的。若请求合法，则进行预分配，对分配后 的状态调用安全性算法进行检查。若安全，则分配；若不安全，则拒绝申请，恢复到原来的状态，拒绝申请。 2、银行家算法步骤： （1）如果Requesti＜or =Need,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Request＜or=Available,则转向步骤（3）；否则，表示系统中尚无足够的资源，进程必须等待。 （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=Available-Request[i]; Allocation=Allocation+Request; Need=Need-Request; (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。 3、安全性算法步骤： （1）设置两个向量 ①工作向量Work。它表示系统可提供进程继续运行所需要的各类资源数目，执行安全算法开始时，Work=Allocation; ②布尔向量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，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： 第五章死锁练习题 (一)单项选择题 1．系统出现死锁的根本原因是( )。 A．作业调度不当B．系统中进程太多C．资源的独占性D．资源管理和进程推进顺序都不得当 2．死锁的防止是根据( )采取措施实现的。 A．配置足够的系统资源B．使进程的推进顺序合理 C．破坏产生死锁的四个必要条件之一D．防止系统进入不安全状态 3．采用按序分配资源的策略可以防止死锁．这是利用了使( )条件不成立。 A．互斥使用资源B循环等待资源C．不可抢夺资源D．占有并等待资源 4．可抢夺的资源分配策略可预防死锁，但它只适用于( )。 A．打印机B．磁带机C．绘图仪D．主存空间和处理器 5．进程调度算法中的( )属于抢夺式的分配处理器的策略。 A．时间片轮转算法B．非抢占式优先数算法C．先来先服务算法D．分级调度算法 6．用银行家算法避免死锁时，检测到( )时才分配资源。 A．进程首次申请资源时对资源的最大需求量超过系统现存的资源量 B．进程己占用的资源数与本次申请资源数之和超过对资源的最大需求量 C．进程已占用的资源数与本次申请的资源数之和不超过对资源的最大需求量，且现存资源能满足尚需的最大资源量 D进程已占用的资源数与本次申请的资源数之和不超过对资源的最大需求量，且现存资源能满足本次申请量，但不能满足尚需的最大资源量 7．实际的操作系统要兼顾资源的使用效率和安全可靠，对资源的分配策略，往往采用( )策略。 A死锁的防止B．死锁的避免C．死锁的检测D．死锁的防止、避免和检测的混合 (二)填空题 1．若系统中存在一种进程，它们中的每一个进程都占有了某种资源而又都在等待其中另一个进程所占用的资源。这种等待永远不能结束,则说明出现了______。 2．如果操作系统对______或没有顾及进程______可能出现的情况，则就可能形成死锁。 3．系统出现死锁的四个必要条件是：互斥使用资源，______，不可抢夺资源和______。 4．如果进程申请一个某类资源时，可以把该类资源中的任意一个空闲资源分配给进程，则说该类资源中的所有资源是______。 5．如果资源分配图中无环路，则系统中______发生。 6．为了防止死锁的发生，只要采用分配策略使四个必要条件中的______。 7．使占有并等待资源的条件不成立而防止死锁常用两种方法：______和______. 8静态分配资源也称______，要求每—个进程在______就申请它需要的全部资源。 9．释放已占资源的分配策略是仅当进程______时才允许它去申请资源。 10．抢夺式分配资源约定，如果一个进程已经占有了某些资源又要申请新资源，而新资源不能满足必须等待时、系统可以______该进程已占有的资源。 11．目前抢夺式的分配策略只适用于______和______。 12．对资源采用______的策略可以使循环等待资源的条件不成立。 13．如果操作系统能保证所有的进程在有限的时间内得到需要的全部资源，则称系统处于______。14．只要能保持系统处于安全状态就可______的发生。 15．______是一种古典的安全状态测试方法。 16．要实现______，只要当进程提出资源申请时，系统动态测试资源分配情况，仅当能确保系统安全时才把资源分配给进程。 1.有三个批处理作业，第一个作业10:00 到达，需要执行2 小时；第二个作业在10:10 到达，需要执行1 小时；第三个作业在10:25 到达，需要执行25 分钟。分别采用先来先服务，短作业优先和最高响应比优先三种调度算法，各自的平均周转时间是多少？ 解： 先来先服务： （结束时间=上一个作业的结束时间+执行时间 周转时间=结束时间-到达时间=等待时间+执行时间） 短作业优先： 1)初始只有作业1，所以先执行作业1，结束时间是12:00，此时有作业2和3； 2)作业3需要时间短，所以先执行； 最高响应比优先： 高响应比优先调度算法既考虑作业的执行时间也考虑作业的等待时间，综合了先来先服务和最短作业优先两种算法的特点。 1)10:00只有作业1到达，所以先执行作业1； 2)12:00时有作业2和3， 作业2：等待时间=12:00-10:10=110m;响应比=1+110/60=2.8； 作业3：等待时间=12:00-10:25=95m，响应比=1+95/25=4.8； 所以先执行作业3 2.在一单道批处理系统中，一组作业的提交时刻和运行时间如下表所示。试计算一下三种作业调度算法的平均周转时间T 和平均带权周转时间W。 （1）先来先服务；（2）短作业优先（3）高响应比优先 解： 先来先服务： 短作业优先： 作业顺序： 1)8:00只有作业1，所以执行作业1； 2)9:00有作业2和3，作业3短，所以先执行3； 3)9:12有作业2和4，作业4短，所以先执行4； 高响应比优先： 作业顺序： 1)8:00只有作业1，所以执行作业1； 2)9:00有作业2和3 作业2等待时间=9:00-8:30=30m，响应比=1+30/30=2； 作业3等待时间=9:00-9:00=0m，响应比=1+0/12=1； 所以执行作业2； 3)9:30有作业3和4 作业3等待时间=9:30-9:00=30m，响应比=1+30/12=3.5； 作业4等待时间=9:30-9:06=24m，响应比=1+24/6=5； 1、设系统中有3种类型的资源（A B C）和5个进程P1 P2 P3 P4 P5.已知A、B、C的总数量为[17，5，20]，在T0时刻的状态如表所示。问： （1）T0时刻是否为安全状态？若是，则给出安全序列 解：是。安全序列为p4 p2 p3 p5 p1 进程工作需要已分配系统状态（2）T0时刻若P2请求【0，3，4】，能否实施分配？为什么？ 解：不能实施分配，可用资源为负数 （3）在（2）的基础上P4又请求【2，0，1】，能否实施分配？为什么？ 解：不能实施分配，可用资源为负数 （4）在（3）基础上P1又请求【0，2，0】，能否实施分配？为什么？解：不能实施分配，可用资源为负数 2、考虑一个有150个存储器单元的系统，如下分配给三个进程： 进程最大占有 1 70 45 2 60 40 3 60 15 使用银行家算法，以确定下面的任何一个请求是否安全： （1）第4个进程到达，最多需要60个存储单元，最初需要25个单 元； 解:安全序列：p1 p2 p3 p4 （2）第4个进程到达，最多需要60个存储单元，最初需要35个单元； 如果安全，请给出任一安全序列；若不安全给出结果分配简表。解:安全序列：p2 p1 p3 p4 ?3.操作系统分配资源时的一个主要考虑是避免死锁的发生。 ?若系统中有同类资源16个，有4个进程p1、p2、p3、p4共享该资源。 ?已知p1、p2、p3、p4所需的资源总数分别为8、5、9、6。?各进程请求资源的次序如表所示，若系统采用银行家算法为他们分配资源，那么____次申请分配会使系统进入不安全状态下表为进程申请资源的情况 ?序号进程申请量 ? 1 P1 6 ? 2 P2 4 ? 3 P3 5 第五章死锁 一．选择题 1.为多道程序提供的可共享资源不足时，可能出现死锁。但是，不适当的 C 也可能产生死锁。 （A）进程优先权（B）资源的线性分配 （C）进程推进顺序（D）分配队列优先权 2.采用资源剥夺法可以解除死锁，还可以采用 B 方法解除死锁。 （A）执行并行操作（B）撤销进程 （C）拒绝分配新资源（D）修改信号量 3.产生死锁的四个必要条件是：互斥、 B 循环等待和不剥夺。 （A）请求与阻塞（B）请求与保持 （C）请求与释放（D）释放与阻塞 4.在分时操作系统中，进程调度经常采用算法。 （A）先来先服务（B）最高优先权 （C）时间片轮转（D）随机 5.资源的按序分配策略可以破坏条件。 （A）互斥使用资源（B）占有且等待资源 （C）非抢夺资源（D）循环等待资源 6.在 C 情况下，系统出现死锁。 （A）计算机系统发生了重大故障 （B）有多个封锁的进程同时存在 （C）若干进程因竞争而无休止地相互等待他方释放已占有的资源 （D）资源数远远小于进程数或进程同时申请的资源数量远远超过资源总数 7。银行家算法在解决死锁问题中是用于 B 的。 （A）预防死锁（B）避免死锁 （C）检测死锁（D）解除死锁 8.支持多道程序设计的操作系统在运行过程中，不断地选择新进程运行来实现CPU的共享，但其中不是引起操作系统选择新进程的直接原因。 （A）运行进程的时间片用完 （B）运行进程出错 （C）运行进程要等待某一事件发生 （D）有新进程进入就绪队列 9. 在下列解决死锁的方法中，属于死锁预防策略的是 B 。 （A）银行家算法 （B）有序资源分配法 （C）死锁检测法 （D）资源分配图化简法 二、综合题 1.若系统运行中出现如表所示的资源分配情况，改系统是否安全？如果进程P2此时提出资源申请（1，2，2，2），系统能否将资源分配给它？为什么？ 2010年第12期吉林省教育学院学报 N o .12,2010 第26卷J O U R N A LO FE D U C A T I O N A LI N S T I T U T EO FJ I L I NP R O V I N C E V o l .26(总240期) T o t a l N o .240 收稿日期:2010—07—25作者简介:哈森格日乐,女,内蒙古兴安盟广播电视大学,讲师。研究方向:计算机应用。 操作系统中死锁与死机现象的教学比较 哈森格日乐 (内蒙古兴安盟广播电视大学,内蒙古兴安盟137400) 摘要:死锁是计算机操作系统中的一个突出问题。死锁与死机是两个不同又有关联的概念。本文从死锁与死机的概念、 产生的原因及排除三个方面进行了比较论述。 关键词:死锁;死机;进程中图分类号:G 642.0 文献标识码:A 文章编号:1671—1580(2010)12—0071—02 操作系统中的死锁可定义为:各并发进程彼此互相等待对方所拥有的资源,且这些并发进程在得到对方的资源之前不会释放自己所拥有的资源。从而造成大家都想得到资源而又都得不到资源,各并发进程不能继续向前推进的状态。它是操作系统核心在内部管理和控制的调度设计中造成系统无法继续运行的“死机”现象。 一、产生死锁与“死机”的原因(一)死锁的起因及必要条件 死锁的起因是并发进程的资源竞争。产生死锁的根本原因在于系统提供的资源个数少于并发进程所要求的该类资源数。显然,由于资源的有限性,不可能为所有要求资源的进程无限制地提供资源。但是,可以采用适当的资源分配算法,以达到消除死锁的目的。然而要达到消除死锁的目的必须了解产生死锁的必要条件。这个我们从死锁的概念就可以得到。1.互斥条件。并发进程所要求和占有的资源是不能同时被两个以上进程使用或操作的,进程对它所需要的资源进行排他性控制;2.不剥夺条件。进程所获得的资源在未使用完毕之前,不能被其他进程强行剥夺,而只能由获得该资源的进程自己释放;3.部分分配。进程每次申请它所需要的一部分资源,在等待新资源的同时,继续占用已分配到的资源;4.环路条件。存在一种进程循环链,链中每一个进程已获得的资源同时被下一个进程所请求。 (二)“死机”的原因1.W i n d o w s 的即插即用功能,简化了新硬件的安装,但随之而来的是系统启动时,总是要搜索所有的驱动程序再决定运行。因此,某些失效硬件的驱动程序会导致“死机”。 2.资源耗尽:“蓝屏”故障常常发生在进行一项比较大或比较多的工作时,或是在保存复制的时候,往往发生得比较突然。这类故障的发生原因主要是与三个堆资源(系统资源、用户资源、G D I 资源)的占用情况有关。资源耗尽会出现“系统资源严重不足”等“蓝屏”警告。平时可以观察一下系统资源的可用比例。 3.版本冲突:尤其是不同文件管理方式。W i n 98与W i n 2000等的F A T 16/32、N T F S 就是如此。 4.注册表损坏:注册表是W i n d o w s 95之后引入的一个管理新概念,采用“表格”数据结构,其中包含了系统所有的信息。在启动和运行时,机器会读取其中的内容以配置系统,同时几乎所有重要操作都会在其中留下蛛丝马迹。通过修改,轻易实现常规操作无法实现的功能,但如果其中的信息受到破坏,那么系统就不能正常工作。 5.“碎片”太多:新安装的系统,数据的存放是连续的。不断运行工作后使文件在硬盘上的存放位置凌乱异常。即便不出现错误,系统性能也要降低。需要定期对硬盘进行碎片整理。 6.驻留主存:任务栏右下侧的系统托盘内的图标控制会使操作带来很大的方便,但这样的方便不仅降低系统性能,而且会耗尽主存和其他系统资源,最后造成系统死机。 7.卸载不完整:不完全卸载,会在系统中产生大量的垃圾文件,从而导致系统的不稳定。 71 DOI :10.16083/j .cn ki .1671-1580.2010.12.059 实验六死锁避免的算法 【实验目的】 1、了解死锁避免的原理。 2、研究银行家算法的实现方法。 【实验内容】 编程实现银行家算法。 通过编写和调试一个系统动态分配资源的简单模拟程序，观察死锁产生的条件，并采用适当的算法，有效地防止和避免死锁地发生。要求如下： （1）模拟一个银行家算法； （2）初始化时让系统拥有一定的资源； （3）用键盘输入的方式申请资源； （4）如果预分配后，系统处于安全状态，则修改系统的资源分配情况； （5）如果预分配后，系统处于不安全状态，则提示不能满足请求， 【实验报告】 1、列出调试通过程序的清单，并附上文档说明。 2、总结上机调试过程中所遇到的问题和解决方法及感想。 【实验相关资料】 一、死锁概念 多个并发进程,每个进程占有部分资源,又都等待其它进程释放所占资源,造成均不能向前推进的现象。 二、死锁的避免 死锁避免原理就是使系统始终处于安全状态。 安全状态：所谓安全状态是指能够找到一个安全序列，系统能够按照这个安全序列依次为进程分配资源，使所有进程都能执行完毕，如果找不到这样的安全序列，系统就处于不安全状态。 三、银行家算法 银行家算法要求每个进程的最大资源需求，其基本思想是：始终保持系统处于安全状态，当进程提出资源请求时，系统先进行预分配，再判断系统分配后是否仍然处于安全状态。如果仍然处于安全状态，就进行实际分配；如果处于不安全状态，则拒绝该进程的资源请求。 四、银行家算法相关数据结构 1． 最大需求矩阵： d (t)=?????? ? ??? ???nm n n m m d d d d d d d d d .........212222111211 其中，行表示进程，列表示资源，如：d ij =5表示第 i 个进程最多需要j 类资源5个。 2． 资源分配矩阵： a(t)=?????? ? ??? ???nm n n m m a a a a a a a a a .........212222111211 元素a ij =8表示分配给第 i 进程8个j 类资源。 3． 需求矩阵： b(t)=?????? ? ??? ???nm n n m m b b b b b b b b b .........212222111211 元素b ij =3表示第i 类进程还需要3个j 类资源。 最大需求矩阵=分配矩阵+需求矩阵，即d(t)=a(t)+b(t)。 1.避免死锁的方法有哪些?答案：有一种最简单的就是：全部程序禁用，然后重启自己需要 的程序。用行级锁，不去征用大表的主键，用小事务。 2.在Sybase数据库中注册用户与数据库用户有什么区别? 答案：Sybase中没有注册用户数这个说法，如果是LICENSE中的，技术上可以忽略，用户 数EE版可以设很大，几万，SMB版可以设256个。 3.在MS SQL_Server 数据库中通过什么约束保证数据库的实体完整性 答案：可以通过建立唯一的索引、PRIMARY KEY约束、UNIQUE约束或IDENTITY约束来实现 实体完整性 4.内存有哪几种存储组织结构.请分别加以说明 中的Wait() 和notify()方法使用时应注意些什么? 答案：Wait()和notify():如果条件不满足，则等待。当条件满足时，等待该条件的线程将 被唤醒。一般用在synchronized机制中例如:线程Asynchronized(obj) {while(!condition) {();}();} 当线程A获得了obj锁后，发现条件condition不满足，无法继续下一处理，于 是线程A就wait（）。在另一线程B中，如果B更改了某些条件，使得线程A的condition 条件满足了，就可以唤醒线程A：线程Bsynchronized(obj) {condition = true;();}需要 注意的概念是：◆调用obj的wait（）， notify（）方法前，必须获得obj锁，也就是 必须写在synchronized（obj）{……} 代码段内。◆调用（）后，线程A就释放了obj 的锁，否则线程B无法获得obj锁，也就无法在synchronized（obj）{……} 代码段内唤 醒A. ◆当（）方法返回后，线程A需要再次获得obj锁，才能继续执行。◆如果A1， A2，A3都在（），则B调用（）只能唤醒A1，A2，A3中的一个（具体哪一个由JVM决定）。 ◆（）则能全部唤醒A1，A2，A3，但是要继续执行（）的下一条语句，必须获得obj锁， 因此，A1，A2，A3只有一个有机会获得锁继续执行，例如A1，其余的需要等待A1释放obj 锁之后才能继续执行。◆当B调用notifyAll的时候，B正持有obj锁，因此，A1，A2， A3虽被唤醒，但是仍无法获得obj锁。直到B退出synchronized块，释放obj锁后，A1， A2，A3中的一个才有机会获得锁继续执行。 6.用户输入一个整数.系统判断,并输出是负数还是非负数,请设计测试用例. 7.操作系统中的同步和互诉解决了什么问题 答案：同步：各个进程不知对方名字，但通过某些对象（如I/O缓冲区）的共同存取来协同 完成一项任务。互斥：互斥跟临界资源有关，因为计算机的某些资源有限，所以必须通过互 斥操作防止进程之间竞争临界资源而发生死锁，互斥操作用PV原语实现。 8.UNIX 中init 1.不许用中间变量,把String ABCDE 倒转 public class StringDemo { public static void main(String[]args) { String str="ABCD"; for (int i = ()-1; i >=0; i--) { str+=(i)); } str=("ABCD".length(), ()); }} 个数求第2大的数,不许用排序算法 3.排序算法的测试用例 1, 合并有序链表 2, 删除字符串中相邻重复元素 3, 给出了二叉树结构，要求写出广度优先遍历 4, 给定整型数组，写代码找出数组中第二大元素 5, 有关菲波那契数列问题 1.怎么判断鼠标有没有选中一条线段（如很靠近，鼠标点和线段之间的距离小于5毫米） 2.求一个矩形的中心点和一个点的连线与矩形边的交点坐标（矩形左上角坐标给出，长、宽操作系统实验报告利用银行家算法避免死锁
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