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1、中北大学操作系统课程设计说 明 书学 院 、 系 ： 软件学院专 业 ： 软件工程学 生 姓 名：学 号：设 计 题 目 ： 基于 Linux 的实现进程的信号量互斥申请起 迄 日 期 :指 导 教 师 :12013 年 11 月 6 日1 需求分析基于 Linux 的进程同步与通信的模拟实现需要完成以下功能:（1）创建进程：手动创建几个进程，或者随即创建几个进程，都在界面上完成；要求包括进程的名称（不能重复） 、执行时间和申请资源的等待时间等。在同一时刻可能有多个进行在内存申请某资源，即可以输入多个进程的资源申请。（2）3 类临界资源的管理，包括申请以及分配等。分别通过信号量实现或者管程实现
2、。（3）银行家算法，判断是否可以进行资源的分配。基于以上的功能，可以使用户选择操作，模拟临界资源的管理和银行家算法。目的：实现临界资源的管理及死锁的避免。2 总体设计进程同步与模拟实现系统分为 4 个模块：输入输出，进程对资源的随机申请及分配，临界资源管理，银行家算法避免死锁。输入输出：包括系统运行所需要的进程的名称，执行时间，申请资源的等待时间，进程对资源的需要量等信息以及系统所要显示出的进程的创建信息，资源的分配信息，进行执行信息，进行动态申请资源信息等。进程对资源的随机申请及分配：根据所输入的进程、资源、以及进程对资源的最大申请情况，随机产生进程当前对资源的申请，输出相应的分配信息与进程
3、执行信息并调用银行家算法对进程的资源申请进行判断。临界资源的管理：创建相应个数的进程，完成进程的并发执行，使用互斥信号量使各进程互斥的进入各自的临界区对资源进行申请，进程执行完毕后，互斥的对资源进行恢复。银行家算法避免死锁：对当前进程对资源的申请利用银行家算法进行判断，看系统分配后是否处于安全状态，若处于安全状态，则将资源分配给进程，并输出分配信息，否则对不予以分配。3详细设计2在该系统中我主要实现了银行家算法中随机分配的模块,该模块中主要使用了数组的数据结构.3.1 随机分配算法：3.1.1 首先：定义了一个结构体 y 其中放置了 Max 数组中申请资源量大于 0 的资源。（包括进程下标，资
4、源下标，进程是否对资源申请过的信号量，该资源是否已经被申请完的信号量） 。再定义一个数组 col。用来存放第 m 个进程中过滤（去除申请资源量为 0）的资源数。3.1.2 （1）遍历 Max 数组对二维 Y 数组和一维 col 数组进行初始化：生成一个去除了申请量为 0 的新的二维结构体数组（记录有进程下标和资源下标） 。col 中放置新的Y 数组对应的信息（每个进程申请资源数） 。产生随机进程 x该进程没有执行完毕否产生新随机资源否产生随机 Request 量该进程未生成完所需随机资源数本次循环中未申请过，资源可用，进程对此资源存在申请量调用银行家算法处理进程/资源未执行完毕开始3还可以进行
5、遍历，筛选并记录各进程对所有资源的最大申请量大于 0 的元素信息 3.2数据结构struct zy char type; /资源的名称int n; /资源的数量;struct jc char name; /名称int runtime; /执行时间int waittime; /等待时间int typenum; /进程所申请的资源数struct zy r5; /所申请资源的信息;struct y int flag; /标志，0：未出现过的资源， （进程 a 申请资源 B 1 个资源 B 1 个）1：该资源已申请int index; /资源下标int tr; /进程的下标int flag1; /1：
6、该资源不能再申请；0：该资源还可以申请 Y10NUM;struct jc JC5;struct zy ZYNUM; /每种资源的名称及数量3.3 核心代码/对整个二维数组 Y 进行遍历int judge_pro(int m, int p10) 结束释放该进程使用的资源4int i, j;for (i = 0; i m; i+) for (j = 0; j pi; j+) if (!(Yij.flag1) return 1; /只要有 1 个进程的 1 种资源未申请完，则返回 1return 0; /仅当所有进程对资源的申请都达到所需量时才返回 0/对二维数组中的某一行（对应某种进程）进行遍历i
7、nt panduan1(int tr, int p10) int i;for (i = 0; i ptr; i+) if (!(Ytri.flag1)return 0; /该进程只要有 1 个资源未申请完，则返回 0return 1; /仅当该进程所有资源都申请完时返回 1/产生随机进程和进程所申请的资源，并调用银行家算法int ra() int col10;int i, j, k = 0, w = 0, m = 0, n = 0, q = 0; /k 记录最大需求矩阵中数目不为 0 的元素个数printf(n);if (u = 0 | a = 0) printf(请先输入信息！n);retu
8、rn 0;/对 Max 数组进行遍历，筛选并记录各进程对所有资源的最大申请量大于 0 的元5素信息for (i = 0; i u; i+) for (j = 0; j a; j+) if (Maxij) Ymn.index = j; /index 记录资源下标Ymn.tr = i; /tr 记录进程下标Ymn.flag = 0; /flag=1：所记录的资源已申请过，flag=0:所记录的资源尚未申请Ymn.flag1 = 0; /flag1=1：进程对该资源的申请已达到所需量，flag=0:还未达到所需量n+;colm = n; /数组 col 记录二维数组 Y 的每一行的列数n = 0;
9、/对 n 进行恢复，以便下次循环m+;/只要有资源未申请完就执行循环while (judge_pro(m, col) int _one = 0;int tr;/若该进程所有资源都申请完，则执行循环do tr = rand() % m; while (panduan1(tr, col); /printf(%c 进程申请n, JCYtr0.tr.name);int x = coltr;/若有资源申请完，则使 x 减 16for (i = 0; i coltr; i+) /处理函数.if (Ytri.flag1)x-;/用 x 保证循环次数，使该进程随机产生对各资源的申请量for (i = 0; i
10、 x; i+) /该进程对当前资源do j = rand() % (coltr); /j 表示 Y的第 tr 行的资源下标while (_one = j) j = rand() % (coltr); /j 表示 Y的第 tr 行的资源下标_one = j; while (Ytrj.flag /*flag=0;flag1=0 代表当前资源既没申请过也没申请完flag=1;flag1=0 代表当前资源已申请过，但没申请完flag=0;flag1=1 代表当前资源没申请过，但申请完（不存在这种可能）flag=1;flag1=1 代表当前资源已申请过，同时申请完*/Ytrj.flag = 1; /改进
11、程的当前资源标志为已申请过printf(%c 资源, ZYYtrj.index.type);w = 17+ rand()% (MaxtrYtrj.index- AllocationtrYtrj.index);printf(%d 个, w);RequestYtr0.trYtrj.index = w; /将申请的资源信息赋给 Request 数组printf(n);request(Ytr0.tr, coltr, tr); /调用银行家算法if (panduan1(tr, col) printf(进程%c 已执行完毕！, JCYtr0.tr.name);/所有进程执行完成后，对资源数目进行恢复if
12、(!(judge_pro(m, col) for (i = 0; i a; i+) Allocationji = 0;Needji = Maxji - Allocationji;return 0;3.4 运行结果891011124.心得体会经过这次的操作系统课程设计，让我经历了一次有意义的项目开发过程，让我了解了团队合作的重要性，起初我们只是在不停的各干各的，发现根本不可能完成预期的任务，后来我们坐下来讨论了系统的功能，然后各司其职，发现效果真的不一样，虽然在这两周的时间里我们做了很多，中间也遇到了一些问题，比如说临界资源管理模块和银行家模块怎样结合起来，起初是将两个交叉起来，可是效果不是很好，最后还是决定将它们分开，慢慢地其他问题也同样得到了解决，这就是团队合作的力量，这个系统需要完善的内容还有很多，我们以后还会在一起讨论完善并改进，在此过程中，我也发现了编程是需要绝对的耐心与细心的，不然会造成一些难以修改的错误，导致整个项目进展出现问题。这对我们真的是一次很好的锻炼。
