【操作系统】银行家算法的实现

一、银行家算法概念

银行家算法（Banker’s Algorithm）是一个避免死锁（Deadlock）的著名算法，是由艾兹格·迪杰斯特拉在1965年为T.H.E系统设计的一种避免死锁产生的算法。它以银行借贷系统的分配策略为基础，判断并保证系统的安全运行。

安全序列：如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1，…，Pn，则系统处于安全状态。安全状态一定是没有死锁发生。
不安全状序列：不存在一个安全序列。不安全状态不一定导致死锁。

二、实验环境

首先本机是 Windows10 家庭版
visual studio 2019
Intelcore i7-8550U CPU

三、实验题目

编制模拟银行家算法的程序，并以下面给出的例子验证所编写的程序的正确性。
例3－1某系统有A、B、C、D4类资源共5个进程（PO、P1、P2、P3、P4）共享，
各进程对资源的需求和分配情况如表3－1所示。
表3-1各进程对资源的需求和分配情况表
进程 已占资源 最大需求数
A B C D A B C D
P0 0 0 1 2 0 0 1 2
P1 1 0 0 0 1 7 5 0
P2 1 1 5 4 2 3 5 6
P3 0 6 3 2 0 6 5 2
P4 0 0 1 1 0 6 5 6
现在系统中A、B、C、D4类资源分别还剩1、5、2、0个，请按银行家算法回答下列问题：
①现在系统是否处于安全状态？
②如果现在进程Pl提出需要（0、4、2、0）个资源的请求，系统能否满足它的请求？

四、实验步骤

银行家算法

Step1：如果Request[i]<=Need[i]，则转向Step2；否则，出错。
Step2：如果Request［i］＜＝Available[i]，则转向Stcp3；否则，出错。
Step3：系统试探分配相关资源，修改相关数据：
Available[i]=available[i]-Request[i]
Allocation[i]=allocation(i]+Request[i]
Need[i]-need[i]-request[i]
Step4：系统执行安全性检查，如安全，则分配成立；否则试探性分配资源作废，系统恢复原状，进程进入等待状态。

安全性检查算法

Step1：设置两个工作向量Work＝Available，Finish＝false；
Step2：从进程集合中找到一个满足下述条件的进程；
Finish=false,
Need<=Work,
如果能够找到该进程，则执行Step3，否则，执行Step4
Step3：假设上述找到的进程获得资源，可顺利执行，直至完成，从而释放资源。
Work=work+Allocation,
Finish=true，
GotoStep2
Step4：如果所有进程的Finish＝true，则表示该系统安全；否则系统不安全。

五、实验代码

#include 
using namespace std;

//全局变量定义
int Available[100]; //可利用资源数组
int Max[50][100];   //最大需求矩阵
int Allocation[50][100];  //分配矩阵
int Need[50][100];        //需求矩阵
int Request[50][100];     //M个进程还需要N类资源的资源量
int Finish[50];
int p[50];
int m, n;   //M个进程,N类资源

//安全性算法
int Safe()
{
    int i, j, l = 0;
    int Work[100]; //可利用资源数组
    for (i = 0; i < n; i++)
        Work[i] = Available[i];
    for (i = 0; i < m; i++)
        Finish[i] = 0;
    for (i = 0; i < m; i++)
    {
        if (Finish[i] == 1)
            continue;
        else
        {
            for (j = 0; j < n; j++)
            {
                if (Need[i][j] > Work[j])
                    break;
            }
            if (j == n)
            {
                Finish[i] = 1;
                for (int k = 0; k < n; k++)
                    Work[k] += Allocation[i][k];
                p[l++] = i;
                i = -1;
            }
            else continue;
        }
        if (l == m)
        {
            cout << "系统是安全的" << '\n';
            cout << "系统安全序列是:\n";
            for (i = 0; i < l; i++)
            {
                cout << p[i];
                if (i != l - 1)
                    cout << "-->";
            }
            cout << '\n';
            return 1;
        }
    }
}

//银行家算法
int main()
{
    int i, j, mi;
    cout << "输入进程的数目:\n";
    cin >> m;
    cout << "输入资源的种类:\n";
    cin >> n;
    cout << "输入每个进程最多所需的各类资源数,按照" << m << "x" << n << "矩阵输入\n";
    for (i = 0; i < m; i++)
        for (j = 0; j < n; j++)
            cin >> Max[i][j];
    cout << "输入每个进程已经分配的各类资源数,按照" << m << "x" << n << "矩阵输入\n";
    for (i = 0; i < m; i++)
    {
        for (j = 0; j < n; j++)
        {
            cin >> Allocation[i][j];
            Need[i][j] = Max[i][j] - Allocation[i][j];
            if (Need[i][j] < 0)
            {
                cout << "你输入的第" << i + 1 << "个进程所拥有的第" << j + 1 << "个资源错误，请重新输入:\n";
                j--;
                continue;
            }
        }
    }
    cout << "请输入各个资源现有的数目:\n";
    for (i = 0; i < n; i++)
        cin >> Available[i];
    Safe();
    while (1)
    {
        cout << "输入要申请的资源的进程号：（第一个进程号为0，第二个进程号为1，依此类推）\n";
        cin >> mi;
        cout << "输入进程所请求的各个资源的数量\n";
        for (i = 0; i < n; i++)
            cin >> Request[mi][i];
        for (i = 0; i < n; i++)
        {

            if (Request[mi][i] > Need[mi][i])
            {
                cout << "所请求资源数超过进程的需求量！\n";
                return 0;
            }
            if (Request[mi][i] > Available[i])
            {
                cout << "所请求资源数超过系统所有的资源数！\n";
                return 0;
            }
        }
        for (i = 0; i < n; i++)
        {
            Available[i] -= Request[mi][i];
            Allocation[mi][i] += Request[mi][i];
            Need[mi][i] -= Request[mi][i];
        }
        if (Safe())
            cout << "同意分配请求\n";
        else
        {
            cout << "你的请求被拒\n";
            for (i = 0; i < n; i++)
            {
                Available[i] += Request[mi][i];
                Allocation[mi][i] -= Request[mi][i];
                Need[mi][i] += Request[mi][i];
            }
        }
        for (i = 0; i < m; i++)
            Finish[i] = 0;
        char Flag;       //标志位
        cout << "是否再次请求分配？是请按Y/y，否请按N/n";
        while (1)
        {
            cin >> Flag;
            if (Flag == 'Y' || Flag == 'y' || Flag == 'N' || Flag == 'n')
                break;
            else
            {
                cout << "请按要求重新输入:\n";
                continue;
            }
        }
        if (Flag == 'Y' || Flag == 'y')
            continue;
        else break;
    }
}

六、实验结果

关于银行家算法就不多说了，详细见下一篇博客。会对银行家算法再进行一次详细介绍！！

制作人：只识闲人不识君
日期：2020.06.25