银行家算法的实现

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-04-23 01:36 164阅读 0赞

**一、实验内容**

银行家算法的实现。

**二、实验目的**

银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。在避免死锁方法中允许进程动态地申请资源，但系统在进行资源分配之前，应先计算此次分配资源的安全性，若分配不会导致系统进入不安全状态，则分配，否则等待。通过编写一个模拟动态资源分配的银行家算法程序，帮助学生进一步深入理解死锁、产生死锁的必要条件、安全状态等重要概念，并掌握避免死锁的具体实施方法。

**三、实验原理**

**3.1、银行家算法中的数据结构**

1）可利用资源向量Available

是个含有m个元素的数组，其中的每一个元素代表一类可利用的资源数目。如果Available［j］=K，则表示系统中现有Rj类资源K个。

2）最大需求矩阵Max

这是一个n×m的矩阵，它定义了系统中n个进程中的每一个进程对m类资源的最大需求。如果Max［i,j］=K，则表示进程i需要Rj类资源的最大数目为K。

3）分配矩阵Allocation

这也是一个n×m的矩阵，它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一进程的资源数。如果Allocation［i,j］=K，则表示进程i当前已分得Rj类资源的数目为K。

4）需求矩阵Need。

这也是一个n×m的矩阵，用以表示每一个进程尚需的各类资源数。如果Need［i,j］=K，则表示进程i还需要Rj类资源K个，方能完成其任务。

Need［i,j］=Max［i,j］-Allocation［i,j］

**3.2、银行家算法**

设Requesti是进程Pi的请求向量，如果Requesti［j］=K，表示进程Pi需要K个Rj类型的资源。当Pi发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：

(1)如果Requesti［j］≤Need［i,j］，便转向步骤(2)；否则认为出错，因为它所需要的资源数已超过它所宣布最大值。

(2)如果Requesti［j］≤Available［j］，便转向步骤(3)；否则，表示尚无足够资源，Pi须等待。

(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］;

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。

**3.3、安全性算法**

1）设置两个向量：

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;

工作向量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： 

Finish［i］=false;

Need［i,j］≤Work［j］；若找到，执行 (3)，否则，执行 (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：

Work［j］=Work［i］+Allocation［i,j］;

Finish［i］=true;

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

**四、算法流程图**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwNzg5MTA1_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

**五、源程序及注释**

**\#include <iostream>**

**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<<"SORRY╮(╯▽╰)╭……你的请求被拒绝…\\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、打印的程序运行时初值和运行结果**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwNzg5MTA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

**七、实验小结**

通过本次实验，对银行家算法有了更深刻而认识。并且认识到要验证原理，实践是最好的。对于算法的验证，首先一定要理论上清楚算法的原理，然后再去实际验证。

**注意：**

系统资源名称、系统资源数量、进程数量、各进程对资源的最大需求、各进程已申请到资源数等信息初始值不可以在程序中指定固定值，要在程序运行后人工输入。

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