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银行家算法流程图+C++源代码+实验报告

更新时间:2010-4-25:  来源:毕业论文

银行家算法流程图+C++源代码+实验报告
摘要:银行家算法是避免死锁的一种重要方法。 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。 银行家算法确实能保证系统时时刻刻都处于安全状态,但它要不断检测每个进程对各类资源的占用和申请情况,需花费较多的时间。 现在的大部分系统都没有采用这个算法,也没有任何关于死锁的检查。 
关键字:银行家算法 ,  系统安全 ,  死琐
1,银行家算法原理
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。
缺点:该算法要求客户数保持固定不变,这在多道程序系统中是难以做到的;该算法保证所有客户在有限的时间内得到满足,但实时客户要求快速响应,所以要考虑这个因素;由于要寻找一个安全序列,实际上增加了系统的开销.
Banker algorithm 最重要的一点是:保证操作系统的安全状态!这也是操作系统判断是否分配给一个进程资源的标准!那什么是安全状态?举个小例子,进程 P 需要申请 8 个资源(假设都是一样的),已经申请了 5 个资源,还差 3 个资源。若这个时候操作系统还剩下 2 个资源。很显然,这个时候操作系统无论如何都不能再分配资源给进程 P 了,因为即使全部给了他也不够,还很可能会造成死锁。若这个时候操作系统还有 3 个资源,无论 P 这一次申请几个资源,操作系统都可以满足他,因为操作系统可以保证 P 不死锁,只要他不把剩余的资源分配给别人,进程 P 就一定能顺利完成任务。
2,程序结构
当进程pi提出资源申请时,系统执行下列
步骤:
(1)若Request[i]≤Need[i],转(2);否则错误返回
(2)若Request[i]≤Available,转(3);否则进程等待
(3)假设系统分配了资源,则有:
Available:=Available-Request[i];
Allocation[i]:=Allocation[i]+Request[i];
Need[i]:=Need[i]-Request[i]
若系统新状态是安全的,则分配完成若系统新状态是不安全的,则恢复原状态,进程等待
模拟实现Dijkstra的银行家算法以避免死锁的出现.分两部分组成:
第一部分:银行家算法(扫描)
1.如果Request<=Need,则转向2;否则,出错
2.如果Request<=Available,则转向3,否则等待
3.系统试探分配请求的资源给进程
4.系统执行安全性算法
第二部分:安全性算法
1.设置两个向量
(1).工作向量:Work=Available(表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源数目)
(2).Finish:表示系统是否有足够资源分配给进程(True:有;False:没有).初始化为False
2.若Finish[i]=False&&Need<=Work,则执行3;否则执行4(I为资源类别)
3.进程P获得第i类资源,则顺利执行直至完成!并释放资源:
Work=Work+Allocation; Finish[i]=true;转2
4.  若所有进程的Finish[i]=true,则表示系统安全;否则,不安全!
3、银行家算法流程图
初始化算法流程图:              
银行家算法流程图: 安全性算法流程图:
4、银行家算法设计思路
在操作系统的设计中,我们往往无法回避一个问题,那就是进程对有限资源的占用问题。在计算机系统中有很多独占性的资源,在任一时刻,它们都只能被一个进程使用。常见的有打印机、磁带驱动器等。例如:两个进程同时打印会引起打印混乱。鉴于此,操作系统全都具有授权一进程(临时)独占地访问某一种资源的能力。
在很多情形中,需要一个进程独占地访问若干种资源而不是一种。例如将一个大文件由磁带拷贝至打印机,进程需要同时访问磁带驱动器和打印机,并且不允许其他进程这时访问它们。在只有一个进程的系统中,该进程可以要求任何它所需要的资源,然后进行工作。但是,在一个多道程序系统中,就有可能出现严重的问题。例如,两个进程分别准备打印一个非常大的磁带文件。进程A申请打印机,并得到授权。进程B申请磁带机,也得到授权。现在,A申请磁带机,但该请求在B释放磁带机前会被拒绝。不幸的是,B非但不放弃磁带机,而且去申请打印机,而A在申请到磁带机之前也不会释放打印机。这时,两个进程都被阻塞,并且保持下去,这种状况就是死锁(deadlock).
下面系统阐述一下死锁的定义:所谓死锁,就是多个进程循环等待它方占有的资源而无限期的僵持下去的局面。显然,如果没有外力的作用,那么死锁涉及到的各个进程都将永远处于封锁状态。
计算机系统产生死锁的根本原因就是资源有限且操作不当。即:一种原因是系统提供的资源太少了,远不能满足并发进程对资源的需求。这种竞争资源引起的死锁是我们要讨论的核心。例如:消息是一种临时性资源。某一时刻,进程A等待进程B发来的消息,进程B等待进程C发来的消息,而进程C又等待进程A发来的消息。消息未到,A,B,C三个进程均无法向前推进,也会发生进程通信上的死锁。
我们可以对资源进行以下分类:
可重用资源(reusable resource):每个时刻只有一个进程使用,但不会耗尽,在宏观上各个进程轮流使用。如CPU、主存和辅存、I/O通道、外设、数据结构如文件、数据库和信号量。有可能剥夺资源:由高优进程剥夺低优进程,或OS核心剥夺进程。
P1 P2
... ...
Request(A) <a> Request(B) <a>
Request(B) <b> Request(A) <b>
Request(B) Request(A)
Request(A) Requsst(B)
可重用资源死锁

死锁发生:双方都拥有部分资源,同时在请求对方已占有的资源。如次序:P1<a> P2<a> P1<b> P2<b>
非可剥夺资源(consumable resource):可以动态生成和消耗,一般不限制数量。如硬件中断、信号、消息、缓冲区内的数据。1034

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