課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

課程名稱(chēng)：

操作系統(tǒng)原理

題

目：

編程序模擬銀行家算法

系

名：

信息工程系

專(zhuān)業(yè)班級(jí)：

軟件

姓

名：

學(xué)

號(hào)：

指導(dǎo)教師:

2013年

X

月

X

日

學(xué)院信息工程系

課

程

設(shè)

計(jì)

任

務(wù)

書(shū)

課程名稱(chēng)：

操作系統(tǒng)原理課程設(shè)計(jì)

指導(dǎo)教師：

班級(jí)名稱(chēng)：

軟件

開(kāi)課系、教研室：

軟件與信息安全

一、課程設(shè)計(jì)目的與任務(wù)

操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是《操作系統(tǒng)原理》課程的后續(xù)實(shí)踐課程，旨在通過(guò)一周的實(shí)踐訓(xùn)練，加深學(xué)生對(duì)理論課程中操作系統(tǒng)概念，原理和方法的理解，加強(qiáng)學(xué)生綜合運(yùn)用操作系統(tǒng)原理、Linux系統(tǒng)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行實(shí)際問(wèn)題處理的能力，進(jìn)一步提高學(xué)生進(jìn)行分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，包含系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)測(cè)試的能力。

學(xué)生將在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，完成從需求分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，編碼到測(cè)試的全過(guò)程。

二、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與基本要求

1、課程設(shè)計(jì)題目

編程序模擬銀行家算法

2、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

本課程設(shè)計(jì)要求在Linux操作系統(tǒng)，GCC編譯環(huán)境下開(kāi)發(fā)。

銀行家算法是避免死鎖的一種重要方法，本實(shí)驗(yàn)要求用用c/c++語(yǔ)言在Linux操作系統(tǒng)環(huán)境下編寫(xiě)和調(diào)試一個(gè)簡(jiǎn)單的銀行家算法程序。加深了解有關(guān)資源申請(qǐng)、避免死鎖等概念，并體會(huì)和了解死鎖和避免死鎖的具體實(shí)施方法。

思想：將一定數(shù)量的資金供多個(gè)用戶(hù)周轉(zhuǎn)使用，當(dāng)用戶(hù)對(duì)資金的最大申請(qǐng)量不超過(guò)現(xiàn)存資金時(shí)可接納一個(gè)新客戶(hù)，客戶(hù)可以分期借款，但借款總數(shù)不能超過(guò)最大的申請(qǐng)量。銀行家對(duì)客戶(hù)的借款可以推遲支付，但是能夠使客戶(hù)在有限的時(shí)間內(nèi)得到借款，客戶(hù)得到所有的借款后能在有限的時(shí)間內(nèi)歸還。用銀行家算法分配資源時(shí)，測(cè)試進(jìn)程對(duì)資源的最大需求量，若現(xiàn)存資源能滿(mǎn)足最大需求就滿(mǎn)足當(dāng)前進(jìn)程的申請(qǐng)，否則推遲分配，這樣能夠保證至少有一個(gè)進(jìn)程可以得到所需的全部資源而執(zhí)行到結(jié)束，然后歸還資源，若OS能保證所有進(jìn)程在有限的時(shí)間內(nèi)得到所需資源則稱(chēng)系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。

3、設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫(xiě)格式要求：

1設(shè)計(jì)題目與要求

設(shè)計(jì)思想

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說(shuō)明和模塊的算法流程圖

使用說(shuō)明書(shū)（即用戶(hù)手冊(cè)）：內(nèi)容包含如何登錄、退出、讀、寫(xiě)等操作說(shuō)明

運(yùn)行結(jié)果和結(jié)果分析（其中包括實(shí)驗(yàn)的檢查結(jié)果、程序的運(yùn)行情況）

自我評(píng)價(jià)與總結(jié)

附錄：程序清單，注意加注釋?zhuān)òP(guān)鍵字、方法、變量等），在每個(gè)模塊前加注釋?zhuān)?/p>

三、課程設(shè)計(jì)步驟及時(shí)間進(jìn)度和場(chǎng)地安排

本課程設(shè)計(jì)將安排在第15周,教育技術(shù)中心。具體安排如下：

第一天

下發(fā)任務(wù)書(shū)，學(xué)生查閱資料

第二天

系統(tǒng)設(shè)計(jì)和原型開(kāi)發(fā)

第三，四天

系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

第五天

系統(tǒng)調(diào)試

測(cè)試

打包和驗(yàn)收

四、課程設(shè)計(jì)考核及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

課程設(shè)計(jì)考核將綜合考慮學(xué)生考勤和參與度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案正確性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)效果以及課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)的質(zhì)量。具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：

設(shè)置六個(gè)評(píng)分點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)方案正確，具有可行性、創(chuàng)新性；

25分

（2）系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效果較好；

25分

（3）態(tài)度認(rèn)真、刻苦鉆研、遵守紀(jì)律；

10分

（4）設(shè)計(jì)報(bào)告規(guī)范、課程設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量高、參考文獻(xiàn)充分

20分

（5）課程設(shè)計(jì)答辯概念清晰，內(nèi)容正確

10分

（6）課程設(shè)計(jì)期間的課堂考勤、答疑與統(tǒng)籌考慮。

10分

按上述六項(xiàng)分別記分后求和，總分按五級(jí)記分法記載最后成績(jī)。

優(yōu)秀（100～90分），良好（80～89分），中等（70～79分），及格（60～69分），不及格（0～59分）

1.題目要求與實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1.1.1進(jìn)一步理解利用銀行家算法避免死鎖的問(wèn)題；

1.1.2在了解和掌握銀行家算法。

1.1.3理解和掌握安全序列、安全性算法

1.2

設(shè)計(jì)題目:

編程序模擬銀行家算法

1.3

要求

：

本實(shí)驗(yàn)要求用用

c/c語(yǔ)言在Linux

操作系統(tǒng)環(huán)境下編寫(xiě)和調(diào)試一個(gè)簡(jiǎn)單的銀行家算法程序。加深了解有關(guān)資源申請(qǐng)、避免死鎖等概念，并體會(huì)和了解死鎖和避免死鎖的具體實(shí)施方法。

1.4

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

：

1.4.1編寫(xiě)安全性算法；

1.4.2編寫(xiě)銀行家算法，并編制銀行家算法通用程序，將調(diào)試結(jié)果顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，再檢測(cè)和筆算的一致性。

設(shè)計(jì)思想

將一定數(shù)量的資金供多個(gè)用戶(hù)周轉(zhuǎn)使用，當(dāng)用戶(hù)對(duì)資金的最大申請(qǐng)量不超過(guò)現(xiàn)存資金時(shí)可接納一個(gè)新客戶(hù)，客戶(hù)可以分期借款，但借款總數(shù)不能超過(guò)最大的申請(qǐng)量。銀行家對(duì)客戶(hù)的借款可以推遲支付，但是能夠使客戶(hù)在有限的時(shí)間內(nèi)得到借款，客戶(hù)得到所有的借款后能在有限的時(shí)間內(nèi)歸還。

用銀行家算法分配資源時(shí)，測(cè)試進(jìn)程對(duì)資源的最大需求量，若現(xiàn)存資源能滿(mǎn)足最大需求就滿(mǎn)足當(dāng)前進(jìn)程的申請(qǐng)，否則推遲分配，這樣能夠保證至少有一個(gè)進(jìn)程可以得到所需的全部資源而執(zhí)行到結(jié)束，然后歸還資源，若OS能保證所有進(jìn)程在有限的時(shí)間內(nèi)得到所需資源則稱(chēng)系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。

3.需求分析

3.1問(wèn)題描述：利用銀行家算法模擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分配資源的過(guò)程。

3.2要求：

3.2.11、以課本例題中數(shù)據(jù)為例，模擬資源分配過(guò)程。

3.2.2、系統(tǒng)中資源種類(lèi)，各類(lèi)資源數(shù)目，進(jìn)程申請(qǐng)資源數(shù)目可任意輸入，模擬資源分配過(guò)程。

4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

初始化函數(shù)init（）開(kāi)始

輸入進(jìn)程的數(shù)目m

輸入資源種類(lèi)n

輸入每個(gè)進(jìn)程最多所需的各種資源數(shù)

輸入每個(gè)進(jìn)程分配的資源數(shù)

輸入各個(gè)資源現(xiàn)有數(shù)目

初始化函數(shù)init（）結(jié)束

輸入提示：

輸入有誤重新輸入

圖

5.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說(shuō)明和模塊的算法流程圖

5.1

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

①可利用資源向量

Available

是個(gè)含有

m

個(gè)元素的數(shù)組，其中的每一個(gè)元素代表一類(lèi)可利用的資源數(shù)目。如果

AvailablejK，則表示系統(tǒng)中現(xiàn)有

Rj

類(lèi)資源

K

個(gè)。

②最大需求矩陣

Max

這是一個(gè)

n×m的矩陣，它定義了系統(tǒng)中

n

個(gè)進(jìn)程中的每一個(gè)進(jìn)程對(duì)

m

類(lèi)資源的最大需求。如果

MaxijK，則表示進(jìn)程

i

需要

Rj

類(lèi)資源的最大數(shù)目為

K。

③分配矩陣

Allocation

這也是一個(gè)

n×m的矩陣，它定義了系統(tǒng)中每一類(lèi)資源當(dāng)前已分配給每一進(jìn)程的資源數(shù)。如果

AllocationijK，則表示進(jìn)程

i

當(dāng)前已分得

Rj

類(lèi)資源的數(shù)目為

K。

④需求矩陣

Need。

這也是一個(gè)

n×m的矩陣，用以表示每一個(gè)進(jìn)程尚需的各類(lèi)資源數(shù)。如果NeedijK，則表示進(jìn)程

i

還需要

Rj

類(lèi)資源

K

個(gè)，才可以完成其任務(wù)。

5．2

程序流程圖：

①、系統(tǒng)主要過(guò)程流程

預(yù)分配

安全？

實(shí)際分配打印輸出

退出系統(tǒng)

Request[i]>Available[i]?

Request[i]>need[i]?

提出申請(qǐng)

打印輸出此時(shí)刻資源分配情況

進(jìn)入系統(tǒng)

輸入：

1.繼續(xù)分配

2.退出

進(jìn)入初始化

②、安全性算法流程圖

調(diào)用safty()函數(shù)

Work[]=Available[],Finish[]=False

Need[]<=work[]且Finsh[]=Falsse?

Work[]=work[]+Alloccation[],Finish[]=Ture

所有進(jìn)程的Finsh[]=Ture?

實(shí)際分配輸出安全序列并打印出

輸出提示系統(tǒng)不安全

調(diào)用結(jié)束

用戶(hù)手冊(cè)

6.1

首先在終端中使用

vi

編輯器建立

c的源文件

6.2

然后使用

gcc

編輯器編譯生成可執(zhí)行文件

6.3

使用命令./當(dāng)前名字，來(lái)執(zhí)行

7.運(yùn)行結(jié)果和結(jié)果分析

7．1

運(yùn)行結(jié)果：

申請(qǐng)成功如圖

2，申請(qǐng)失敗如圖

3：

圖

申請(qǐng)金額在需求范圍之內(nèi)同意

圖

申請(qǐng)金額在需求范圍之外拒絕

7.2

結(jié)果分析

首先是自己定義

個(gè)用戶(hù)所需的金額數(shù)，銀行可以給用戶(hù)貸款的總金額數(shù)是100，用戶(hù)

Id

號(hào)的范圍是在0

到

4，超過(guò)

之后的id

請(qǐng)求貸款，會(huì)顯示拒絕提示信息，每個(gè)客戶(hù)的貸款數(shù)量必須是在之前定義的范圍之內(nèi)，如果超出，也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示，只有在規(guī)定的用戶(hù)

id

和在客戶(hù)所要求金額的范圍之內(nèi)請(qǐng)求，才會(huì)給予貸款，并且輸出安全序列號(hào)。

8.自我評(píng)價(jià)與總結(jié)

一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了。在這一周里，我收獲很多，以前都是在自己的教室由我們自己的老師進(jìn)行講課，這次學(xué)校沒(méi)有這樣做，而是請(qǐng)的校外的老師給我們做課程設(shè)計(jì)，讓我們體會(huì)一下真正的公司是怎樣做業(yè)務(wù)的。在這一周里我做一個(gè)模擬銀行家算法。我覺(jué)得在著手設(shè)計(jì)前設(shè)計(jì)的思路是很重要的。只有思路清晰才能進(jìn)行下一階段的設(shè)計(jì)。這樣才能完成整個(gè)程序的設(shè)計(jì)，完成整個(gè)文報(bào)告的書(shū)寫(xiě)。

課程設(shè)計(jì)這幾天學(xué)到的東西還真不少。以前不清楚的現(xiàn)在都暴露出來(lái)了。以前認(rèn)為學(xué)了沒(méi)用的東西現(xiàn)在也用到了。這次的課程設(shè)計(jì)使我進(jìn)一步了解了調(diào)度與死鎖的問(wèn)題。以及有關(guān)資源申請(qǐng)的問(wèn)題、避免死鎖的具體實(shí)施方法。深入了解了銀行家算法的資源申請(qǐng)和資源分配的過(guò)程及原則。保證系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。

經(jīng)過(guò)本周的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)操作系統(tǒng)的掌握又進(jìn)了一步，收獲了很多知識(shí)。，終于我了由于對(duì)

c

語(yǔ)言不夠熟練，在試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)行了反復(fù)的修改和調(diào)試，解銀行家算法的基本原理，并且在此次的課程設(shè)計(jì)中我又復(fù)習(xí)了一下

c

語(yǔ)言，加深了對(duì)它的了解，而且在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們同樣學(xué)會(huì)了如何簡(jiǎn)單的操作與使用

Linux

操作系統(tǒng)，學(xué)習(xí)到了許多

Linux

操作系統(tǒng)中常用的一些密令。

這次的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是通過(guò)一道實(shí)際的題目來(lái)體現(xiàn)銀行家算法避免死鎖的問(wèn)題，先用銀行家算法給其中一個(gè)進(jìn)程分配資源，看它所請(qǐng)求的資源是否大于它的需求量，才和系統(tǒng)所能給的資源相比較.讓進(jìn)程形成一個(gè)安全隊(duì)列看系統(tǒng)是否安全.再利用安全性算法檢查此時(shí)系統(tǒng)是否安全。

操作系統(tǒng)的基本特征是并發(fā)與共享。系統(tǒng)允許多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，并且共享系統(tǒng)的軟、硬件資源。為了最大限度的利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源，操作系統(tǒng)應(yīng)采用動(dòng)態(tài)分配的策略，但是這樣就容易因資源不足，分配不當(dāng)而引起“死鎖”。而我本次課程設(shè)計(jì)就是得用銀行家算法來(lái)避免“死鎖”。銀行家算法就是一個(gè)分配資源的過(guò)程，使分配的序列不會(huì)產(chǎn)生死鎖。此算法的中心思想是：按該法分配資源時(shí)，每次分配后總存在著一個(gè)進(jìn)程，如果讓它單獨(dú)運(yùn)行下去，必然可以獲得它所需要的全部資源，也就是說(shuō)，它能結(jié)束，而它結(jié)束后可以歸還這類(lèi)資源以滿(mǎn)足其他申請(qǐng)者的需要。

通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我體會(huì)到銀行家算法的重要性，銀行家算法是避免死鎖的主要方法，其思路在很多方面都非常值得我來(lái)學(xué)習(xí)借鑒。

附錄：

主要源程序

參考文獻(xiàn)

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張堯?qū)W主編．計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程（第三版）．北京:清華大學(xué)出版社，2006

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湯子瀛主編．計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第三版）．西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2001

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[8]

龐麗華.《操作系統(tǒng)原理》（第四版）.北京.華中科技大學(xué)出版社

2002

設(shè)計(jì)過(guò)程中質(zhì)疑（或答辯）記載：

1.銀行家算法的主要思想是什么？

答：一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)分配資源之前,判斷系統(tǒng)是否是安全的，即看它所請(qǐng)求的資源是否大于它的最大需求量，若正常,則判斷該進(jìn)程所需剩余剩余量(包括本次申請(qǐng))是否超出系統(tǒng)所掌握的剩余資源量,若不超出,則分配,否則等待。

2.銀行家算法的主要問(wèn)題是什么？

答：要求每個(gè)進(jìn)程必須事先知道資源的最大需求量，而且，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，考查每個(gè)進(jìn)程對(duì)各類(lèi)資源的申請(qǐng)需花費(fèi)較多的時(shí)間。

3.在銀行家算法中各個(gè)資源存在什么關(guān)系？

答：該進(jìn)程所需要的資源數(shù)NEED[m][n]=MAX[m][n](該進(jìn)程所需要的最多的資源數(shù))-----ALLOCATION[m][n](該進(jìn)程所占有的資源數(shù))

指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：

簽名：

****年**月**日