JAVA实现操作系统实验——银行家算法

川长思鸟来 2022-12-07 04:25 200阅读 0赞

### 银行家算法 ###

*  一、实验目的
 *  二、实验内容
 *  实验目的
 *  源程序附上注释
 *   *  PCB类
     *  Resources类
     *  Banker类
     *  Test运行类
 *  测试数据及运行结果

# 一、实验目的 #

# 二、实验内容 #

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］  
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、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;

# 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，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。  
二、实验内容  
银行家算法的实现。  
三、算法流程图  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoYXJfbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

四、源程序及注释  
(1) 程序中使用的数据结构及符号说明。

**1、首先定义进程PCB这个类，里面包含的属性有进程的名称、进程的最大需求资源max、每一个进程已经得到的资源数组、一个进程尚需要的各类资源数、进程状态**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoYXJfbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

**2、 定义资源类，里面包含的属性如下**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoYXJfbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

资源的名字；  
资源的数量；  
**3、银行家运行类**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoYXJfbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]

该类的包括系统可以给到的进程的各种资源，还有进程数组，还有一些类方法

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoYXJfbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoYXJfbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoYXJfbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoYXJfbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]

**（4）运行界面**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoYXJfbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoYXJfbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 9]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoYXJfbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 10]

# 源程序附上注释 #

## PCB类 ##

public class PCB {
        //定义进程类
        public String name;//进程名字
        public Resources[] max;//进程的最大需求资源Max
        public Resources[] allocation;//表示每一个进程已经分配得到的资源
        public Resources[] need;//用以表示每一个进程尚需的各类资源数
        public boolean finish = false;//表示进程是否完成
    
        public PCB(String name, Resources[] max, Resources[] allocation) {
        
            this.name = name;
            this.max = max;
            this.allocation = allocation;
            this.need = new Resources[max.length];
            for (int i = 0; i < need.length; i++) {
        //在need中放入最大需求量-已经分配了的资源量
                this.need[i] = new Resources(max[i].name, max[i].num - allocation[i].num);
            }
        }
    
        @Override
        public String toString() {
        
            return this.name +(this.finish ? "进程已得到足够资源" : "需要等待");
        }
    }

## Resources类 ##

public class Resources {
        //系统资源类
        public String name;//资源名字用来区分类型
        public int num;//表示资源的数量
    
        public Resources(String name, int num) {
        
            this.name = name;
            this.num = num;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
        
            return "资源"+ name  + "有" + num;
        }
    }

## Banker类 ##

public class Banker {
        
        private Resources[] work;// 当前系统可以给的进程的各类资源
        private PCB[] pcbs;//所有进程
    
        public Banker(Resources[] Available, PCB[] pcbs) {
        
            this.work = Available;//在进程开始的时候work和available是相等的
            this.pcbs = pcbs;
            //系统剩余可用资源
            actualWork();
        }
    
        private void actualWork() {
        
            for (int i = 0; i < this.work.length; i++) {
        
                //初始系统总资源减去已分配资源就是当前可利用的资源
                this.work[i].num = this.work[i].num - pcbsAllRes(i);
            }
        }
        //计算所有进程已分配的第i个资源总数
        private int pcbsAllRes(int index) {
        
            int sum = 0;
            for ( PCB p : pcbs
            ) {
        
                sum += p.allocation[index].num;
            }
            return sum;
        }
    
        //判断是否为安全状态
        private boolean ifSafe() {
        
            for (PCB p : pcbs
            ) {
        
                if (! p.finish) {
        
                    return false;
                }
            }
            return true;
        }
    
        //进行资源分配
        public void runPcb() {
        //进程运行
            //对进程进行循环资源分配,当所有进程都需要等待或者所有进程都为安全状态退出循环
            for (int i = 0; !ifSafe() && !isFinish(); i++) {
        
                //实现循环
                if (i == this.pcbs.length) {
        
                    i = 0;
                }
                //判断当前这个进程是否已经获得过足够资源
                if (pcbs[i].finish) {
        
                    continue;
                }
                //判断当前这个进程是否需要等待
                if (! needWait(pcbs[i])) {
        
                    //进行资源分配
                    mainOperation(pcbs[i]);
                    System.out.println(pcbs[i]);
                    System.out.println();
                    displayWorks();
                }
            }
            System.out.println();
            if (ifSafe()) {
        
                System.out.println("系统处于安全状态");
            } else {
        
                System.out.println("系统处于不安全状态");
            }
        }
    
        private void displayWorks() {
        
            System.out.println("此时系统可用资源为:");
            System.out.println("====================");
            for (Resources r : this.work
            ) {
        
                System.out.println(r);
            }
            System.out.println("====================");
        }
        //判断进程是否已经完成
        private boolean isFinish() {
        
            for (PCB p : this.pcbs
            ) {
        
                //如果该进程已经得到过足够资源就不进行判断
                if (!p.finish) {
        //如果进程没有完成
                    //如果该进程不需要等待就直接返回false
                    if (!needWait(p)) {
        
                        return false;//说明进程没有完成
                    }
                }
            }
            return true;
        }
        //资源给予
        private void mainOperation(PCB pcb) {
        
            //运行到这说明该进程可以得到足够的资源,那么直接将该进程已分配的资源放回到系统中
            //并将finish改为true
            for (int i = 0; i < this.work.length; i++) {
        
                this.work[i].num += pcb.allocation[i].num;
                pcb.finish = true;
            }
        }
    
        private boolean needWait(PCB pcb) {
        
            //挨个判断此时pcb这个进程所需要的每个资源,如果need大于系统当前可分配资源,就说明需要等待
            for (int i = 0; i < this.work.length; i++) {
        
                if (this.work[i].num < pcb.need[i].num) {
        
                    return true;//系统可提供的资源有一个种类如果小于进程中对应类所需要的数量需要等待
                }
            }
            return false;//不需要等待
        }
    }

## Test运行类 ##

import java.util.Scanner;
    
    public class Test {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Scanner scan = new Scanner(System.in);
            System.out.println("========输入资源有几种========");
            int resKindNum = scan.nextInt();
            Resources[] Available = new Resources[resKindNum];//系统总资源
            System.out.println();
            System.out.println("========输入每个系统资源名称、系统资源数量========");
    
    
            for (int i = 0; i < Available.length; i++) {
        
                System.out.println("========初始化第" + (i +1) + "个资源========");
                System.out.println();
                System.out.print("========资源名称:");
                String name = scan.next();
                System.out.println();
                System.out.print("========该资源数量:");
                int num = scan.nextInt();
                Available[i] = new Resources(name, num);
                System.out.println();
                System.out.println("========第" + (i +1) + "个资源初始化完毕========");
                System.out.println("====================");
            }
    
    
            System.out.println();
            System.out.println("========系统资源初始化完毕,开始初始化进程========");
            System.out.println();
    
    
            System.out.println("========输入进程个数========");
            int pcbNums = scan.nextInt();
            PCB[] pcbs = new PCB[pcbNums];
    
    
            for (int i = 0; i < pcbNums; i++) {
        
                System.out.println("========初始化第" + (i +1) + "个进程========");
                System.out.println();
                System.out.print("========输入进程名:");
                String name = scan.next();
                System.out.println();
                System.out.print("========输入该进程最大需求资源:");
                Resources[] max = new Resources[resKindNum];
                int[] maxResNum = new int[resKindNum];
                for (int j = 0; j < resKindNum; j++) {
        
                    maxResNum[j] = scan.nextInt();
                }
    
    
                for (int j = 0; j < max.length; j++) {
        
    
                    max[j] = new Resources(Available[j].name, maxResNum[j]);
                }
    
    
                System.out.println();
                System.out.print("========输入该进程已分配资源数目:");
                Resources[] allocation = new Resources[resKindNum];
                int[] allocReesNum = new int[resKindNum];
                for (int j = 0; j < resKindNum; j++) {
        
                    allocReesNum[j] = scan.nextInt();
                }
    
                for (int j = 0; j < allocation.length; j++) {
        
                    allocation[j] = new Resources(Available[j].name, allocReesNum[j]);
                }
                System.out.println();
    
    
                //此时一个进程的所有需要的东西都已输入完毕
                pcbs[i] = new PCB(name, max, allocation);
                System.out.println("========第" + (i +1) + "个进程初始化完毕========");
                System.out.println("====================");
            }
    
            System.out.println();
            System.out.println("========所有进程初始化完毕,开始资源分配========");
            System.out.println();
    
            boolean key = true;
            while (key) {
        
                Banker banker = new Banker(Available, pcbs);
                banker.runPcb();
                System.out.println();
                System.out.println("========是否需要再次申请资源输入: 是 or 否 ========");
                char ch = scan.next().charAt(0);
                if (ch == '否' ) {
        
                    key = false;
                } else {
        
                    System.out.println("========输入要申请资源的进程名:");
                    String name = scan.next();
                    System.out.println();
                    System.out.print("========输入要申请资源的数量:");
                    int[] res = new int[resKindNum];
                    for (int i = 0; i < resKindNum; i++) {
        
                        res[i] = scan.nextInt();
                    }
                    System.out.println();
    
    
                    for (PCB p : pcbs
                    ) {
        
                        p.finish = false;
                        if (p.name.equals(name)) {
        
                            for (int i = 0; i < p.allocation.length; i++) {
        
                                p.allocation[i].num += res[i];
                            }
                        }
                    }
                    System.out.println();
                    System.out.println("========再次申请资源完毕,开始资源分配========");
                    System.out.println();
                }
            }
        }
    }

# 测试数据及运行结果 #

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**申请资源后**  
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