操作系统仿真实验（YTU）

小小徐404

已于 2022-06-08 00:08:06 修改

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分类专栏：学习记录文章标签：算法 java

于 2022-06-03 13:09:08 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_44084096/article/details/125111632

版权

该博客详细介绍了三个操作系统仿真实验，包括资源分配仿真，使用随机分配算法和银行家算法来演示和避免死锁；可变分区主存空间分配与回收仿真，通过最佳适应算法进行实现；以及文件系统仿真，模拟文件的创建、读写等操作。通过这些实验，深入理解操作系统如何管理资源和文件。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

实验一：资源分配仿真

实目的

在课程已经学习了死锁的4个必要条件的基础上，为了了解系统的资源分配情况，假定系统中任一资源在每一时刻只能由一个进程使用，任何进程不能抢占其它进程正在占有的资源，当进程得不到资源时，必须等待。因此，只要资源分配策略能保证不出现循环等待，系统就不会发生死锁。
要求学生编写和调试系统动态分配资源的仿真程序，观察死锁产生的条件，再采用适当的算法，有效地防止和避免死锁发生。
PS:实体类使用lombox自动生成getter setter 有参无参方法（没有的手动生成）
lombox maven仓库地址

<dependency>
  <groupId>org.projectlombok</groupId>
  <artifactId>lombok</artifactId>
  <version>1.16.10</version>
</dependency>

实现方式

随机分配算法产生死锁，银行家算法避免死锁

具体代码

随机分配算法：此算法不是模拟死锁而是会真正产生死锁（多运行几次随机的有的时候不会产生死锁）

package com.xu.demo.ytu.bank;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;


public class RandomAgl {
   
    public static Object A=new Object();
    public static Object B=new Object();
    public static Object C=new Object();
    public static Object D=new Object();

    public static void RanDomTest(List<Object> list){
   
        System.out.println(list);
        new Thread(()->{
   
            synchronized (A){
   
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"我得到了资源:"+A);
                try {
   
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
   
                    e.printStackTrace();
                }
                Object O=list.get((int) (Math.random() * 4));
                System.out.println("随机分配资源开始:线程"+Thread.currentThread().getName()+"随机去获取的资源是"+O);
                synchronized (O){
   
                    System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"得到了资源"+O);
                }
            }
        }).start();

        new Thread(()->{
   
            Object O=list.get((int) (Math.random() * 4));
            synchronized (B){
   
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"我得到了资源:"+B);
                try {
   
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
   
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("随机分配资源开始:线程"+Thread.currentThread().getName()+"随机去获取的资源是"+O);
                synchronized (O){
   
                    System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"得到了资源"+O);
                }
            }
        }).start();
    }

    public static void main(String[] args) {
   
        List<Object> testList=new ArrayList<>();
        testList.add(A);
        testList.add(B);
        testList.add(C);
        testList.add(D);
        RandomAgl.RanDomTest(testList);
    }

}

运行截图
在这里插入图片描述死锁已经产生，接下来进入java的bin目录具体查看
可以看出，线程1得到了资源270ca0并且想要去获取资源270c90,线程0得到了资源270c90并且想要获取资源270ca0死锁产生

银行家算法：
PCB类

package com.xu.demo.ytu.bank;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class PCB {
   
    String processName;
    int maxUsed;
    int alreadyUsed;
    boolean isFinish;
    @Override
    public String toString() {
   
        return
                        "\t"+processName +
                        "               \t" + maxUsed +
                        "                       \t" + alreadyUsed +
                        "                       \t" +(maxUsed-alreadyUsed)+
                        "                   \t" + isFinish ;
    }

}

BankAlg

package com.xu.demo.ytu.bank;

import java.util.*;

public class BankAlg {
   
    public static int availableSource = 10;
    public static ArrayList<String> safeList = new ArrayList<>();
    public static Map<String, PCB> pcbMap = new LinkedHashMap<>();

    /**
     * 初始化操作
     */
    public static void init() {
   
        PCB a = new PCB("A", 5, 1, false);
        PCB b = new PCB("B",  3, 1, false);
        PCB c = new PCB("C", 4, 2, false);
        PCB d = new PCB("D", 6, 3, false);

        pcbMap.put(a.processName, a);
        pcbMap.put(b.processName, b);
        pcbMap.put(c.processName, c);
        pcbMap.put(d.processName, d);
        System.out.println("---------------------------------------初始化--------------------------------------------------");
        System.out.println("进程名         " + "最大需求量            " + "占有量             " + "    仍需           " + "         完成");

        pcbMap.forEach((k, v) -> {
   
            System.out.println(v);
        });
        pcbMap.forEach((k, v) -> {
   
            availableSource -= v.alreadyUsed;
        });
        System.out.println("剩余资源量:" + availableSource);
    }

    /**
     *安全性检测算法
     */
    public static void safe(String pName, int pNum) {
   
        //请求的资源大于剩余资源，请求不安全，拒绝分配
        if (availableSource < pNum) {
   
            System.out.println("请求不安全 拒绝分配");
        } else {
   
            //尝试分配
            availableSource = availableSource - pNum;
            pcbMap.get(pName).alreadyUsed += pNum;
            //仍需资源如果为0,表明进程请求资源结束，进程释放资源
            if (pcbMap.get(pName).maxUsed - pcbMap.get(pName).alreadyUsed == 0) {
   
                availableSource += pcbMap.get(pName).maxUsed;
                pcbMap.get(pName).isFinish = true;
                pcbMap.get(pName).maxUsed = pcbMap.get(pName).alreadyUsed = 0;
            }
            //添加安全序列
            pcbMap.forEach((k, v) -> {
   
                if (v.maxUsed - v.alreadyUsed <= availableSource && !v.isFinish) {
   
                    safeList.add(k);
                }
            });
            //如果安全队列没有满，就说明当前分配资源可能不安全，继续尝试
            //找不到安全序列，拒绝请求
            if (safeList.size() == 0) {
   
                List<Boolean> checkList = new ArrayList<>();
                pcbMap.forEach((k, v) -> {
   
                    checkList.add(v.isFinish);
                });
                //如果安全序列全部完成不进行撤销
                System.out.println("请求不安全 拒绝分配");
                availableSource = availableSource + pNum;
                pcbMap.get(pName).alreadyUsed -= pNum;
                //这种情况比较特殊这时候对最后一个进程完成分配
                if (!checkList.contains(false)) {
   
                    availableSource = availableSource - pNum;
                    pcbMap.get(pName).alreadyUsed += pNum;
                }

            }
            //继续尝试分配
            int temp = 0;
            for (String s : safeList) {
   
                //在已经添加到安全序列的进程