银行家算法实现

银行家算法原理

我们可以把操作系统看作是银行家，操作系统管理的资源相当于银行家管理的资金，进程向操作系统请求分配资源相当于用户向银行家贷款。

为保证资金的安全，银行家规定：

(1) 当一个顾客对资金的最大需求量不超过银行家现有的资金时就可接纳该顾客；

(2) 顾客可以分期贷款，但贷款的总数不能超过最大需求量；

(3) 当银行家现有的资金不能满足顾客尚需的贷款数额时，对顾客的贷款可推迟支付，但总能使顾客在有限的时间里得到贷款；

(4) 当顾客得到所需的全部资金后，一定能在有限的时间里归还所有的资金.

操作系统按照银行家制定的规则为进程分配资源，当进程首次申请资源时，要测试该进程对资源的最大需求量，如果系统现存的资源可以满足它的最大需求量则按当前的申请量分配资源，否则就推迟分配。当进程在执行中继续申请资源时，先测试该进程本次申请的资源数是否超过了该资源所剩余的总量。若超过则拒绝分配资源，若能满足则按当前的申请量分配资源，否则也要推迟分配。

初始化

由用户输入数据，分别对可利用资源向量矩阵AVAILABLE、最大需求矩阵MAX、分配矩阵ALLOCATION、需求矩阵NEED赋值。

银行家算法

在避免死锁的方法中，所施加的限制条件较弱，有可能获得令人满意的系统性能。在该方法中把系统的状态分为安全状态和不安全状态，只要能使系统始终都处于安全状态，便可以避免发生死锁。

银行家算法的基本思想是分配资源之前，判断系统是否是安全的；若是，才分配。它是最具有代表性的避免死锁的算法。

设进程cusneed提出请求REQUEST [i]，则银行家算法按如下规则进行判断。

(1)如果REQUEST [cusneed] [i]<= NEED[cusneed][i]，则转（2)；否则，出错。

(2)如果REQUEST [cusneed] [i]<= AVAILABLE[cusneed][i]，则转（3)；否则，出错。

(3)系统试探分配资源，修改相关数据：

AVAILABLE[i]-=REQUEST[cusneed][i];

ALLOCATION[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];

NEED[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];

(4)系统执行安全性检查，如安全，则分配成立；否则试探险性分配作废，系统恢复原状，进程等待。

安全性检查算法

（1)设置两个工作向量Work=AVAILABLE;FINISH

(2)从进程集合中找到一个满足下述条件的进程，

FINISH==false;

NEED<=Work;

如找到，执行（3)；否则，执行（4)

(3)设进程获得资源，可顺利执行，直至完成，从而释放资源。

Work+=ALLOCATION;

Finish=true;

GOTO 2

(4)如所有的进程Finish= true，则表示安全；否则系统不安全。

银行家算法实现的流程图：

实现代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;
#define MAXPROCESS 50                        /*最大进程数*/
#define MAXRESOURCE 100                        /*最大资源数*/
int AVAILABLE[MAXRESOURCE];                    /*可用资源数组*/
int MAX[MAXPROCESS][MAXRESOURCE];            /*最大需求矩阵*/
int ALLOCATION[MAXPROCESS][MAXRESOURCE];    /*分配矩阵*/
int NEED[MAXPROCESS][MAXRESOURCE];            /*需求矩阵*/
int REQUEST[MAXPROCESS][MAXRESOURCE];        /*进程需要资源数*/
bool FINISH[MAXPROCESS];                        /*系统是否有足够的资源分配*/
int p[MAXPROCESS];                             /*记录序列*/
int m,n;                                    /*m个进程,n个资源*/

void Init();
bool Safe();
void Bank();
int main()
{
    Init();
    Safe();
    Bank();
}

void Init()                /*初始化算法*/
{
    int i,j;
    cout<<"请输入进程的数目:";
    cin>>m;
    cout<<"请输入资源的种类:";
    cin>>n;
    cout<<"请输入每个进程最多所需的各资源数,按照"<<m<<"x"<<n<<"矩阵输入"<<endl;
    for(i=0;i<m;i++)
    for(j=0;j<n;j++)
    cin>>MAX[i][j];
    cout<<"请输入每个进程已分配的各资源数,也按照"<<m<<"x"<<n<<"矩阵输入"<<endl;
    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<<"您输入的第"<<i+1<<"个进程所拥有的第"<<j+1<<"个资源数错误,请重新输入:"<<endl;
                j--;
                continue;
            }
        }
    }
    cout<<"请输入各个资源现有的数目:"<<endl;
    for(i=0;i<n;i++)
    {
        cin>>AVAILABLE[i];
    }
}

void Bank()                /*银行家算法*/
{
    int i,cusneed;
    char again;
    while(1)
    {
        cout<<"请输入要申请资源的进程号(注:第1个进程号为0,依次类推)"<<endl;
        cin>>cusneed;
        cout<<"请输入进程所请求的各资源的数量"<<endl;
        for(i=0;i<n;i++)
        {
            cin>>REQUEST[cusneed][i];
        }
        for(i=0;i<n;i++)
        {
            if(REQUEST[cusneed][i]>NEED[cusneed][i])
            {
                cout<<"您输入的请求数超过进程的需求量!请重新输入!"<<endl;
                continue;
            }
            if(REQUEST[cusneed][i]>AVAILABLE[i])
            {
                cout<<"您输入的请求数超过系统有的资源数!请重新输入!"<<endl;
                continue;
            }
        }
        for(i=0;i<n;i++)
        {
            AVAILABLE[i]-=REQUEST[cusneed][i];
            ALLOCATION[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];
            NEED[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];
        }
        if(Safe())
        {
            cout<<"同意分配请求!"<<endl;
        }
        else
        {
            cout<<"您的请求被拒绝!"<<endl;
            for(i=0;i<n;i++)
            {
                AVAILABLE[i]+=REQUEST[cusneed][i];
                ALLOCATION[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];
                NEED[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];
            }
        }
        for(i=0;i<m;i++)
        {
            FINISH[i]=false;
        }
        cout<<"您还想再次请求分配吗?是请按y/Y,否请按其它键"<<endl;
        cin>>again;
        if(again==\'y\'||again==\'Y\')
        {
            continue;
        }
        break;
        }
}

bool Safe()                                    /*安全性算法*/
{
    int i,j,k,l=0;
    int Work[MAXRESOURCE];                    /*工作数组*/
    for(i=0;i<n;i++)
    Work[i]=AVAILABLE[i];
    for(i=0;i<m;i++)
    {
        FINISH[i]=false;
    }
    for(i=0;i<m;i++)
    {    
        if(FINISH[i]==true)
        {
            continue;
        }
        else
        {
            for(j=0;j<n;j++)
            {
                if(NEED[i][j]>Work[j])
                {
                    break;
                }
            }
            if(j==n)
            { 
                FINISH[i]=true;
                for(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"<<endl;
            cout<<"安全序列:"<<endl;
            for(i=0;i<l;i++)
            {
                cout<<p[i];
                if(i!=l-1)
                {
                    cout<<"-->";
                }
            }
            cout<<""<<endl;
            return true;
        }
    }
    cout<<"系统是不安全的"<<endl;
    return false;
}

Xushine

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