银行家算法
【开发语言及实现平台或实验环境】
C++
Microsoft Visual Studio 6.0
【实验目的】
（1）进一步理解利用银行家算法避免死锁的问题；
（2）在了解和掌握银行家算法的基础上，编制银行家算法通用程序，将调试结果显示在计算机屏幕上，再检测和笔算的一致性。
（3）理解和掌握安全序列、安全性算法
【实验要求】
（1）了解和理解死锁；
（2）理解利用银行家算法避免死锁的原理；
（3）会使用某种编程语言。
【实验原理】
一、安全状态
指系统能按照某种顺序如<P1,P2,…,Pn>(称为<P1,P2,…,Pn>序列为安全序列)，为每个进程分配所需的资源，直至最大需求，使得每个进程都能顺利完成。
二、银行家算法
假设在进程并发执行时进程i提出请求j类资源k个后，表示为Requesti[j]=k。系统按下述步骤进行安全检查：
（1）如果Requesti≤Needi则继续以下检查，否则显示需求申请超出最大需求值的错误。
（2）如果Requesti≤Available则继续以下检查，否则显示系统无足够资源，Pi阻塞等待。
（3）系统试探着把资源分配给进程Pi，并修改下面数据结构中的数值：
Available［j］∶=Available［j］-Requesti[j］;
Allocation［i,j］∶=Allocation［i,j］+Requesti［j］;
Need［i,j］∶=Need［i,j］-Requesti［j］;
（4）系统执行安全性算法，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Pi，以完成本次分配；否则， 将本次的试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程Pi等待。
三、安全性算法
（1）设置两个向量：
① 工作向量Work: 它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目，它含有m个元素，在执行安全算法开始时，Work∶=Available;
② Finish: 它表示系统是否有足够的资源分配给进程，使之运行完成。开始时先做Finish［i］∶=false; 当有足够资源分配给进程时， 再令Finish［i］∶=true。
（2）从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：
① Finish［i］=false;
② 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：
Ø Work［j］∶=Work［i］+Allocation［i,j］;
Ø Finish［i］∶=true;
Ø go to step 2;
（4）如果所有进程的Finish［i］=true都满足， 则表示系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态。
【实验步骤】
参考实验步骤如下：
（1）参考图1-1所示流程图编写安全性算法。
（2）编写统一的输出格式。
每次提出申请之后输出申请成功与否的结果。如果成功还需要输出变化前后的各种数据，并且输出安全序列。
（3）参考图1-2所示流程图编写银行家算法。
（4）编写主函数来循环调用银行家算法。
【参考代码】
#include<iostream>
#include<string.h>
#include<stdio.h>
#define False 0
#define True 1
using namespace std;
int Max[100][100]={0};//各进程所需各类资源的最大需求
int Avaliable[100]={0};//系统可用资源
char name[100]={0};//资源的名称
int Allocation[100][100]={0};//系统已分配资源
int Need[100][100]={0};//还需要资源
int Request[100]={0};//请求资源向量
int temp[100]={0};//存放安全序列
int Work[100]={0};//存放系统可提供资源
int M=100;//进程的最大数为
int N=100;//资源的最大数为
void showdata()//显示资源矩阵
{
int i,j;
cout<<"系统目前可用的资源[Avaliable]:"<<endl;
for(i=0;i<N;i++)
cout<<name[i]<<" ";
cout<<endl;
for (j=0;j<N;j++)
cout<<Avaliable[j]<<" ";//输出分配资源
cout<<endl;
cout<<" Max Allocation Need"<<endl;
cout<<"进程名 ";
for(j=0;j<3;j++){
for(i=0;i<N;i++)
cout<<name[i]<<" ";
cout<<" ";
}
cout<<endl;
for(i=0;i<M;i++){
cout<<" "<<i<<" ";
for(j=0;j<N;j++)
cout<<Max[i][j]<<" ";
cout<<" ";
for(j=0;j<N;j++)
cout<<Allocation[i][j]<<" ";
cout<<" ";
for(j=0;j<N;j++)
cout<<Need[i][j]<<" ";
cout<<endl;
}
}
void changdata(int i)//进行资源分配
{
int j;
for (j=0;j<N;j++) {
Avaliable[j]=Avaliable[j]-Request[j];
Allocation[i][j]=Allocation[i][j]+Request[j];
Need[i][j]=Need[i][j]-Request[j];
}
}
void deletejob(int i)
{int j,count=0;
for (j=0;j<N;j++) {
if(Need[i][j]==0)
{
count++;
}
}
if(count==N)
{
cout<<"!!!!!!!!!!!!!此作业需求的资源已经分配完毕，自动释放!!!!!!!!!!!!"<<endl;
for (j=0;j<N;j++)
{
Avaliable[j]=Avaliable[j]+Allocation[i][j];
}
M--;
}
}
int safe()//安全性算法
{
int i,k=0,m,apply,Finish[100]={0};
int j;
for(i=0;i<N;i++)
{
Work[i]=Avaliable[i];
}
for(i=0;i<M;i++){
apply=0;
for(j=0;j<N;j++){
if (Finish[i]==False&&Need[i][j]<=Work[j]){
apply++;
if(apply==N){
for(m=0;m<N;m++)
Work[m]=Work[m]+Allocation[i][m];//变分配数
Finish[i]=True;
temp[k]=i;
i=-1;
k++;
}
}
}
}
for(i=0;i<M;i++){
if(Finish[i]==False){
cout<<"系统不安全"<<endl;//不成功系统不安全
return -1;
}
}
cout<<"系统是安全的!"<<endl;//如果安全，输出成功
cout<<"分配的序列:";
for(i=0;i<M;i++){//输出运行进程数组
cout<<temp[i];
if(i<M-1) cout<<"->";
}
cout<<endl;
return 0;
}
void share()//利用银行家算法对申请资源对进行判定
{
char ch;
int i=0,j=0;
ch='y';
cout<<"请输入要求分配的资源进程号(0-"<<M-1<<"):";
cin>>i;//输入须申请的资源号
cout<<"请输入进程"<<i<<" 申请的资源:"<<endl;
for(j=0;j<N;j++)
{
cout<<name[j]<<":";
cin>>Request[j];//输入需要申请的资源
}
for (j=0;j<N;j++){
if(Request[j]>Need[i][j])//判断申请是否大于需求，若大于则出错
{
cout<<"进程"<<i<<"申请的资源大于它需要的资源";
cout<<" 分配不合理，不予分配！"<<endl;
ch='n';
break;
}
else {
if(Request[j]>Avaliable[j])//判断申请是否大于当前资源，若大于则
{ //出错
cout<<"进程"<<i<<"申请的资源大于系统现在可利用的资源";
cout<<" 分配出错，不予分配!"<<endl;
ch='n';
break;
}
}
}
if(ch=='y') {
changdata(i);//根据进程需求量变换资源
deletejob(i);
showdata();//根据进程需求量显示变换后的资源
safe();//根据进程需求量进行银行家算法判断
}
}
void addprocess(){//添加作业
int flag=M;
M=M+1;
cout<<"请输入该作业的最大需求量[Max]"<<endl;
for(int i=0;i<N;i++){
cout<<name[i]<<":";
cin>>Max[flag][i];
Need[flag][i]=Max[flag][i]-Allocation[flag][i];
}
showdata();
safe();
}
int main()//主函数
{
int i,j,number,choice,m,n,flag;
char ming;
cout<<"\t---------------------------------------------------"<<endl;
cout<<"\t|| ||"<<endl;
cout<<"\t|| 银行家算法的实现 ||"<<endl;
cout<<"\t|| ||"<<endl;
cout<<"\t|| binbinwangbin ||"<<endl;
cout<<"\t|| ||"<<endl;
cout<<"\t|| ||"<<endl;
cout<<"\t---------------------------------------------------"<<endl;
cout<<"请首先输入系统可供资源种类的数量:";
cin>>n;
N=n;
for(i=0;i<n;i++)
{
cout<<"资源"<<i+1<<"的名称:";
cin>>ming;
name[i]=ming;
cout<<"资源的数量:";
cin>>number;
Avaliable[i]=number;
}
cout<<endl;
cout<<"请输入作业的数量:";
cin>>m;
M=m;
cout<<"请输入各进程的最大需求量("<<m<<"*"<<n<<"矩阵)[Max]:"<<endl;
for(i=0;i<m;i++)
for(j=0;j<n;j++)
cin>>Max[i][j];
do{
flag=0;
cout<<"请输入各进程已经申请的资源量("<<m<<"*"<<n<<"矩阵)[Allocation]:"<<endl;
for(i=0;i<m;i++)
for(j=0;j<n;j++){
cin>>Allocation[i][j];
if(Allocation[i][j]>Max[i][j]) flag=1;
Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j];
}
if(flag)
cout<<"申请的资源大于最大需求量，请重新输入!\n";
}
while(flag);
showdata();//显示各种资源
safe();//用银行家算法判定系统是否安全
while(choice)
{
cout<<"\t-------------------银行家算法演示------------------"<<endl;
cout<<" 1:增加作业 "<<endl;
cout<<" 2:分配资源 "<<endl;
cout<<" 0:离开 "<<endl;
cout<<"\t---------------------------------------------------"<<endl;
cout<<"请选择功能号：";
cin>>choice;
switch(choice)
{
case 1: addprocess();break;
case 2: share();break;
case 0: choice=0;break;
default: cout<<"请正确选择功能号(0-2)!"<<endl;break;
}
}
return 1;
}
