操作系统实验三：死锁的避免

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这个实验是计算机操作系统课程中的一个重要实验，旨在让学生通过编程实践来深入理解死锁的概念、产生原因以及如何通过银行家算法来避免死锁。下面是实验的一些基本步骤和要点：

1. 实验目的

• 加深理解资源申请和避免死锁的概念：了解在多进程环境中，如何合理分配资源以避免死锁的发生。
• 理解银行家算法的具体实施方法：掌握银行家算法的基本原理和实现步骤，学会如何使用该算法来确保系统状态的安全。

2. 实验内容

• 编程模拟多进程共享多类资源：编写程序来模拟多个进程对多种资源的请求和分配过程。
• 采用银行家算法避免死锁：
  • 判定当前状态是否安全：编写代码来检查当前资源分配状态是否处于安全状态。
  • 给出安全序列：如果当前状态是安全的，找出一个安全序列，即一个进程执行顺序，使得每个进程都能在有限的步骤内完成其资源请求。
  • 资源请求和分配：在安全状态下，当某个进程提出资源请求时，判断是否可以分配资源而不会导致系统进入不安全状态。

3. 实验准备

• 理解死锁的概念及产生原因：死锁是指两个或多个进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种僵局，若无外力作用，它们都将无法向前推进。
• 理解银行家算法的基本思想：银行家算法是一种预防死锁的算法，它通过预先分配资源和检查安全状态来避免死锁的发生。

实验步骤

1. 定义资源和进程：确定系统中有多少种资源和多少个进程，以及每个进程的最大资源需求。
2. 初始化资源分配矩阵：创建一个矩阵来表示每个进程对每种资源的最大需求、已分配资源和可用资源。
3. 实现银行家算法：
   • 安全性检查：编写一个函数来检查当前资源分配状态是否安全。
   • 请求资源：编写一个函数来处理进程的资源请求，使用银行家算法来决定是否可以分配资源。
4. 模拟进程执行：模拟进程的执行过程，包括资源请求和释放，检查每一步是否安全。
5. 输出结果：如果系统状态安全，输出安全序列；如果不安全，指出哪个进程的请求导致了不安全状态。

编程提示

• 使用数组或矩阵来存储资源分配信息。
• 使用循环和条件语句来模拟进程的资源请求和释放。
• 使用队列或栈来存储安全序列。

下面是一个简单的银行家算法的Python实现示例。这个示例模拟了多进程共享多类资源的情况，并使用银行家算法来避免死锁。

Python代码示例

class Banker:
    def __init__(self, max_resources, allocation, need, num_processes):
        self.max_resources = max_resources  # 最大资源矩阵
        self.allocation = allocation  # 已分配资源矩阵
        self.need = need  # 还需要的资源矩阵
        self.num_processes = num_processes  # 进程数
        self.available = [0] * len(max_resources[0])  # 可用资源向量

        # 计算可用资源
        for i in range(len(max_resources)):
            for j in range(len(max_resources[0])):
                self.available[j] += max_resources[i][j]