如何理解C语言实现的操作系统银行家算法

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一、选题背景

这次课程设计要求完成一个资源管理系统，掌握使用银行家算法管理系统资源分配的工作原理。深入认识在多道程序系统中合理资源分配的重要性，加深死锁有关概念的理解。模拟实现银行家算法对系统资源进行分配，以防止死锁的出现。本课题肯定不可能实现对实际操作系统的资源管理，而是通过对模拟资源数据的处理，检测银行家算法在防止死锁出现的作用。

二、方案论证

模拟实现银行家算法对系统资源进行分配，以防止死锁的出现。本课题肯定不可能实现对实际操作系统的资源管理，而是通过对模拟资源数据的处理，检测银行家算法在防止死锁出现的作用。先对用户提出的请求进行合法性检查，即检查请求的是不大于需要的，是否不大于可利用的。若请求合法，则进行试分配。最后对试分配后的状态调用安全性检查算法进行安全性检查。若安全，则分配，否则，不分配，恢复原来状态，拒绝申请。

三、实验环境

• Windows操作系统

• VS 2013

• C语言

四、设计思想及实验步骤

4.1 设计思想

先对用户提出的请求进行合法性检查，即检查请求的是不大于需要的，是否不大于可利用的。若请求合法，则进行试分配。最后对试分配后的状态调用安全性检查算法进行安全性检查。若安全，则分配，否则，不分配，恢复原来状态，拒绝申请。

4.2 银行家算法中的数据结构

可利用资源向量Available。这是一个含有m个元素的数组，其中的每一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改变。如果Available[j]=K，则表示系统中现有Rj类资源K个。

最大需求矩阵Max。这是一个 的矩阵，它定义了系统中 个进程中的每一个进程对 类资源的最大需求。如果Max[I,j]=K，则进程i需要Rj类资源的最大数目为K。

分配矩阵Allocation。这也是一个 的矩阵，它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一个进程的资源数。如果Allocation[i,j]=K，则表示进程i当前已经分得Rj类资源的数目为K。

需求矩阵Need。这也是一个 的矩阵，用以表示每一个进程尚需的各类资源数。如果Need[i,j]=K，则表示进程i还需要Rj类资源K个，方能完成任务。

即：

1. int M ; // 总进程数

2. int N ; // 资源种类

3. int ALL_RESOURCE[W]; // 各种资源的数目总和

4. int Max[W][R]; // 最大需求矩阵，M个进程对N类资源最大资源需求

5. int Available[R]; // 可利用资源向量，

6. int Allocation[W][R];// 分配矩阵，各个进程M已经得到N类资源的资源数

7. int Need[W][R]; // M个进程还需要N类资源的资源量

8. int Request[R]; // 进程的请求资源个数

以上三个矩阵间存在下述关系：

4.3 银行家算法bank()

设Request i是进程Pi的请求向量，如果Requesti[j]=K,表示进程Pi需要K个Rj类型的资源。发出请求后，系统按下述步骤进行检查：

• （1）检查申请量是否不大于需求量。如果Request i[j]<=Need[i,j],便转向步骤（2）；否则认为出错，因为他所需要的资源数已经超过它所宣布的最大值。

• （2）检查申请量是否小于系统中的可利用资源数量。如果Requesti[j]<=Available[i,j]，便转向步骤（2）；否则认为尚无足够资源，Pi必须等待。

• （3）若以上两个条件都满足，则系统试探着将资源分配给申请的进程，并修改下面数据结构中的数值：

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

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

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

• （1）试分配后，系统执行安全性算法，调用safe()函数检查此次资源分配后系统是否处于安全状态。若安全，才正式将资源分配给进程，以完成本次分配，并将安全序列打印出来；否则本次试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让该进程等待。

4.4 安全性算法safe()

• （1）设置两个向量

• 工作向量：Work，它表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源数目，它含有m个元素，在执行安全性算法开始时，Work: =Available

• Finish，它表示系统是否有足够资源分配给进程，使之运行完成。开始时先做Finish[i]:=false；当有足够的资源分配给进程时，再令Finish[i]:=true

• （2）从进程集合中找到一个满足下述条件的进程

• Finish[i]:=false；

• Need[i,j]<=Work[j]；若找到，执行步骤（3），否则，执行步骤（4）

• （3）当进程Pi获得资源后，可顺利执行，直至完成，并释放出分配给它的资源，故应执行

5.2 流程图

七、总结

银行家算法就是一个分配资源的过程，使分配的序列不会产生死锁。此算法的中心思想是：按该法分配资源时，每次分配后总存在着一个进程，如果让它单独运行下去，必然可以获得它所需要的全部资源，也就是说，它能结束，而它结束后可以归还这类资源以满足其他申请者的需要。

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