操作系統實驗報告——處理機調度算法的實現

操作系統實驗報告——處理機調度算法的實現

1、實驗名稱：銀行家算法的實現
2、實驗要求：
（1）理解操作系統死鎖和避免死鎖的基本概念；
（2）體會和了解死鎖和避免死鎖的具體實施方法；
（3）用C或C++編程實現算法。
3、實驗方式：通過上機，實際調試程序。
4、實驗環境：
（1）硬件環境：PC機一臺；
（2）Windows10操作系統，Ｃ或Ｃ＋＋程序設計語言。
5、實驗過程：
（1）算法描述：
·銀行家算法中的數據結構：
1）可利用資源向量Available
是個含有m個元素的數組，其中的每一個元素代表一類可利用的資源數目。如果Available［j］=K，則表示系統中現有Rj類資源K個。
2）最大需求矩陣Max
這是一個n×m的矩陣，它定義了系統中n個進程中的每一個進程對m類資源的最大需求。如果Max［i,j］=K，則表示進程i需要Rj類資源的最大數目爲K。
3）分配矩陣Allocation
這也是一個n×m的矩陣，它定義了系統中每一類資源當前已分配給每一進程的資源數。如果Allocation［i,j］=K，則表示進程i當前已分得Rj類資源的數目爲K。
4）需求矩陣Need
這也是一個n×m的矩陣，用以表示每一個進程尚需的各類資源數。如果Need［i,j］=K，則表示進程i還需要Rj類資源K個，方能完成其任務。
Need［i,j］=Max［i,j］-Allocation［i,j］
·銀行家算法：
設Requesti是進程Pi的請求向量，如果Requesti［j］=K，表示進程Pi需要K個Rj類型的資源。當Pi發出資源請求後，系統按下述步驟進行檢查：
(1)如果Requesti［j］≤Need［i,j］，便轉向步驟(2)；否則認爲出錯，因爲它所需要的資源數已超過它所宣佈最大值。
(2)如果Requesti［j］≤Available［j］，便轉向步驟(3)；否則，表示尚無足夠資源，Pi須等待。
(3)系統試探着把資源分配給進程Pi，並修改下面數據結構中的數值：
Available［j］=Available［j］-Requesti［j］;
Allocation［i,j］=Allocation［i,j］+Requesti［j］;
Need［i,j］=Need［i,j］-Requesti［j］;
系統執行安全性算法，檢查此次資源分配後，系統是否處於安全狀態。若安全，才正式將資源分配給進程Pi，以完成本次分配；否則，將本次的試探分配作廢，恢復原來的資源分配狀態，讓進程Pi等待。
·安全性算法：
1）設置兩個向量：
工作向量Work:它表示系統可提供給進程繼續運行所需的各類資源數目，它含有m個元素，在執行安全算法開始時，Work=Available;
工作向量Finish:它表示系統是否有足夠的資源分配給進程，使之運行完成。開始時先做Finish［i］=false;當有足夠資源分配給進程時，再令Finish［i］=true。
2）從進程集合中找到一個能滿足下述條件的進程：
Finish［i］=false;
Need［i,j］≤Work［j］；若找到，執行(3)，否則，執行(4)
3）當進程Pi獲得資源後，可順利執行，直至完成，並釋放出分配給它的資源，故應執行：
Work［j］=Work［i］+Allocation［i,j］;
Finish［i］=true;
gotostep2;
4）如果所有進程的Finish［i］=true都滿足，則表示系統處於安全狀態；否則，系統處於不安全狀態。
（2）實現代碼：

#include<stdio.h>
#define SIZE 100
typedef int bool;
#define false 0
#define true !false
int Available[SIZE];
int Max[SIZE][SIZE];
int Allocation[SIZE][SIZE];
int Need[SIZE][SIZE];
int safe[SIZE];
int Finish[SIZE];
int Ava,Pnum;
char ch,A;
//試探分配
void ProbeAlloc(int process,int* res){
int i;
for(i=0;i<Ava;i++){
Available[i]-=res[i];
}
for(i=0;i<Ava;i++){
Allocation[process][i]+=res[i];
}
for(i=0;i<Ava;i++){
Need[process][i]-=res[i];
}
}
//若試探分配後進入不安全狀態，將分配回滾
void RollBack(int process,int* res){
int i;
for(i=0;i<Ava;i++){
Available[i]+=res[i];
}
	for(i=0;i<Ava;i++){
Allocation[process][i]-=res[i];
}
for(i=0;i<Ava;i++){
Need[process][i]+=res[i];
}
}
void init(){
int i=0,j=0;
//初始化Available數組數值爲-1
for(i=0;i<SIZE;i++)
Available[i]=-1;
//初始化Max數組
for(i=0;i<SIZE;i++){
for(j=0;j<SIZE;j++){
Max[i][j]=-1;
}
}
//初始化Allocation數組
for(i=0;i<SIZE;i++){
for(j=0;j<SIZE;j++){
Allocation[i][j]=-1;
}
}
//初始化Need數組
for(i=0;i<SIZE;i++){
for(j=0;j<SIZE;j++){
Need[i][j]=-1;
}
}
}
void input(){
A='A';
int i,j;
printf("請輸入資源數量：");
scanf("%d",&Ava);
ch=getchar();
printf("\n");
for(i=0;i<Ava;i++){
int data;
printf("請輸入資源%c的數量：",A+i);
scanf("%d",&data);
ch=getchar();
printf("\n");
Available[i]=data;
}
printf("\n資源輸入完畢\n");
//Max段
printf("請輸入進程的數量：");
scanf("%d",&Pnum);
ch=getchar();
printf("\n開始輸入進程Max值\n");
for(i=0;i<Pnum;i++){
A='A';
for(j=0;j<Ava;j++){
int data;
printf("請輸入進程 p%d 資源 %c Max的值：",i,A+j);
scanf("%d",&data);
ch=getchar();
Max[i][j]=data;
}
printf("\n");
}
printf("Max輸入完畢\n");
//Allocation段
printf("\n開始輸入進程Allocation（已經獲得的資源）值\n");
for(i=0;i<Pnum;i++){
A='A';
for(j=0;j<Ava;j++){
int data;
printf("請輸入進程 p%d 資源 %c Allocation的值：",i,A+j);
scanf("%d",&data);
ch=getchar();
Allocation[i][j]=data;
}
printf("\n");
}
printf("Allocation輸入完畢\n");
//計算Need段
for(i=0;i<Pnum;i++){
for(j=0;j<Ava;j++){
Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j];
}
}
printf("Need計算完成！！！\n");
}
void output(){
int i,j;
printf("\n*********************************資源分配表*********************************\n");
printf("ProcessMaxAllocationNeed\n");
printf("\t\t\t");
A='A';//Max
for(i=0;i<Ava;i++){
printf("%c  ",A+i);
}
printf("\t\t");
A='A';//Allocation
for(i=0;i<Ava;i++){
printf("%c  ",A+i);
}
printf("\t\t  ");
A='A';//Need
for(i=0;i<Ava;i++){
printf("%c  ",A+i);
}
printf("\n");
for(i=0;i<Pnum;i++){
printf("p%d\t\t\t",i);
//Max
for(j=0;j<Ava;j++){
printf("%d  ",Max[i][j]);
}
printf("\t\t");
//Allocation
for(j=0;j<Ava;j++){
printf("%d  ",Allocation[i][j]);
}
printf("\t\t  ");
//Need
for(j=0;j<Ava;j++){
printf("%d  ",Need[i][j]);
}
printf("\n");
}
printf("\nAvailable\n");
A='A';
for(i=0;i<Ava;i++){
printf("%c  ",A+i);
}
printf("\n");
for(i=0;i<Ava;i++){
printf("%d  ",Available[i]);
}
printf("\n\n");
}
//安全性檢查
bool SafeCheck(){
int Work[SIZE];
int i,j,x=0,t;
//複製Available數組
for(i=0;i<SIZE;i++){
Work[i]=Available[i];
}
//初始化Finish
for(i=0;i<SIZE;i++)
Finish[i]=false;
for(i=0;i<Pnum;i++){
//是否已檢查過
if(Finish[i]==false){
//是否有足夠的資源分配給該進程重點修改j<Ava
for(j=0;j<Ava;j++){
if(Need[i][j]<=Work[j]){
continue;
}
else{
break;
}
}
if(j==Ava){
for(t=0;t<Ava;t++){
Work[t]+=Allocation[i][t];
}
Finish[i]=true;
safe[x++]=i;
i=-1;
}
}
}
//如果所有進程的Finish向量都爲true則處於安全狀態，否則爲不安全狀態
for(i=0;i<Pnum;i++){
if(Finish[i]==false){
return false;
}
}
return true;
}
//資源分配請求
bool request(int process,int* res){
int i,j;
int x,t;
//request向量需小於Need矩陣中對應的向量
for(i=0;i<Ava;i++){
if(res[i]<=Need[process][i]){
continue;
}
else{
break;
}
}
if(i==Ava){
for(x=0;x<Ava;x++){
if(res[x]<=Available[x]){
continue;
}
else{
break;
}
}
if(x==Ava){
//試探分配
ProbeAlloc(process,res);
if(SafeCheck()){
return true;
}
else{
printf("安全性檢查失敗。原因：系統將進入不安全狀態，有可能引起死鎖。\n");
printf("正在回滾...\n");
RollBack(process,res);
}
}
else{
printf("安全性檢查失敗。原因：請求向量大於可利用資源向量。\n");
}
}
else{
printf("安全性檢查失敗。原因：請求向量大於需求向量。\n");
}
return false;
}
int main(){
char run;
init();
input();
output();
printf("首先檢查系統初始狀態是否安全。\n");
if(SafeCheck()){
printf("系統處於安全狀態。\n");
printf("安全序列是：");
for(int t;t<Pnum;t++){
printf("  p%d  ",safe[t]);
}
}
else{
printf("當前系統處於不安全狀態。程序將退出...\n");
goto over;
}
do{
int process;
int res[SIZE];
for(int i=0;i<SIZE;i++)
res[i]=-1;
printf("\n請輸入請求分配的進程序號：");
scanf("%d",&process);
while(process>Pnum){
printf("請輸入比現有進程號“小”的數字！！！");
printf("\n請輸入請求分配的進程序號：");
scanf("%d",&process);
ch=getchar();
}
printf("\n");
A='A';//f請求資源輸入
for(int i=0;i<Ava;i++){
printf("請輸入請求分配的進程對資源 %c 的請求數量：",A+i);
int data;
scanf("%d",&data);
res[i]=data;
ch=getchar();
}
printf("\n");
if(request(process,&res)){
printf("資源分配成功。\n");
printf("安全序列是：");
for(int t;t<Pnum;t++){
printf("p%d",safe[t]);
}
}
else{
printf("資源分配失敗。\n");
}
printf("是否選擇繼續分配資源？(Y/N):");
fflush(stdin);
run=getchar();
}
while(run=='Y'||run=='y');

over:
printf("\n執行完畢\n");
return 0;
}