1.设计目的与要求

1.1设计目的

了解银行家算法中使用的数据结构和求安全序列算法，并进一步加深对避免死锁算法及其实现过程的理解。

1.2设计要求

通过编写和调试一个系统动态分配资源的简单模拟程序，观察死锁产生的条件，并采用适当的算法，有效地防止和避免死锁的发生。

2.设计思想及系统平台

2.1设计思想

基本思想分为两个模块，一是银行家算法模块，二是安全性检查模块。当有进程申请资源时，先检查系统是否能够满足进程的请求，此时程序进入安全性检查模块，如果安全就分配，不安全就拒绝申请。

本算法的数据结构：

1）可利用资源向量Available。这是一个含有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。

2）最大需求矩阵Max。这是一个n×m的矩阵，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。

3）分配矩阵Allocation。这也是一个n×m的矩阵，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。

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。

由数学知识可知，Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]。

2.2系统平台及使用语言

CodeBlocks，C++

3.详细算法描述

1）初始化函数Init()

用户输入数据，初始化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。

2）银行家算法Order()

当进程Pi发出资源请求后，系统按以下步骤进行检查：

①如果Request[i,j]<=Need[i,j]，便转向步骤②；否则出错，因为它请求的资源数已超过它的需求最大值。

②如果Request[i,j]<=Available[j]，便转向步骤③；否则，表示当前资源不足，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]-Request i[j]、Allocation[i,j]= Allocation[i,j]+Request[i,j]、Need[i,j]= Need[i,j]-Request[i,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；否则，恢复原来的资源分配状态，让进程Pi等待。

3）安全性检查算法Safecheck()

①设置两个向量：工作向量Work，表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目，初始化Work=Available；Finish，表示系统是否有足够的资源分配给进程，初始化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，执行步骤③，否则，执行步骤④。

③假设进程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[j]+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。

4.源代码

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
#define MAX 20
int n_process;//表示进程的个数
int n_resource;//表示资源的个数
int Resource[MAX];//表示资源的总数
int Max[MAX][MAX];//表示进程对每类资源的最大需求量
int Allocation[MAX][MAX];//表示系统给进程已分配每类资源的数目
int Need[MAX][MAX];//表示进程还需各类资源数目
int Available[MAX];//表示系统当前剩下的资源
int Work[MAX];//表示安全性检查的中间变量
bool Finish[MAX];//表示资源是否被安全性检查过
vector<int> Safeorder;//表示安全序列
void Menu()
{cout << "------------银行家算法----------------" << endl;cout << "*          1.初始化数据              *" << endl;cout << "*          2.申请资源                *" << endl;cout << "*          3.显示资源分配情况        *" << endl;cout << "*          4.退出                    *" << endl;cout << "--------------------------------------" << endl;cout << "请选择：";
}
//检查初始化数值是否合理
void checkInit()
{if (n_resource)for (int i = 0; i < n_process; i++){for (int j = 0; j < n_resource; j++){if (Max[i][j] < 0){cout << "Max[" << i << "][" << j << "]输入值小于0！" << endl;}if (Allocation[i][j] < 0){cout << "Allocation[" << i << "][" << j << "]输入值小于0！" << endl;}if (Allocation[i][j]>Max[i][j]){cout << "Allocation[" << i << "][" << j << "]的值大于Max[" << i << "][" << j << "]输入值" << endl;}}}for (int i = 0; i < n_resource; i++){if (Available[i]<0){cout << "Available[" << i << "]的值小于0！" << endl;}}cout << "检查完毕，输入无误！" << endl;
}
//初始化进程和资源
int Init()
{if (n_resource != 0 && n_process != 0){cout << "已经初始化过了！" << endl;return 1;}cout << "请分别输入资源个数和进程个数，中间用空格隔开：" << endl;cin >> n_resource >> n_process;cout << "请输入各个资源的总拥有量：" << endl;for (int i = 0; i < n_resource; i++){cin >> Resource[i];}for (int i = 0; i < n_process; i++){cout << "P" << i << "对各个资源的最大需求量：" << endl;for (int j = 0; j < n_resource; j++){cin >> Max[i][j];}cout << "P" << i << "各个资源已分配量：" << endl;for (int j = 0; j < n_resource; j++){cin >> Allocation[i][j];}for (int j = 0; j < n_resource; j++){Need[i][j] = Max[i][j] - Allocation[i][j];}}for (int i = 0; i < n_resource; i++){int sum[MAX] = { 0 };for (int j = 0; j < n_process; j++){switch(i){case 0:case 1:case 2:sum[i] += Allocation[j][i];break;}}Available[i] = Resource[i] - sum[i];}checkInit();return 1;
}
//安全性检查
bool Safecheck()
{//清空原来的安全序列Safeorder.clear();//Work初始化为Availablefor (int i = 0; i < n_resource; i++){Work[i] = Available[i];}//还没开始检查，设置标志为falsefor (int i = 0; i < n_process; i++){Finish[i] = false;}//开始安全性检查int count = 0;for (int k = 0; k < n_process; k++){for (int i = 0; i < n_process; i++){if (Finish[i] == false){count = 0;for (int j = 0; j < n_resource; j++){if (Need[i][j] <= Work[j])count++;}//如果进程所需的各个资源数都没有超过系统现有的对应资源数if (count == n_resource){for (int j = 0; j < n_resource; j++){//将Work赋值为 第i个进程各个已分配资源数＋系统现有的对应资源数Work[j] = Work[j] + Allocation[i][j];}Finish[i] = true;Safeorder.push_back(i);//加入到安全序列}}}}count = 0;//安全的进程数for (int i = 0; i < n_process; i++){if (Finish[i] == true)count++;}if (count == n_process)return true;elsereturn false;
}
//请求进程
int Order()
{int n = -1; //请求资源的进程号int *Request = new int[n_resource];//表示请求的各个资源数量cout << "请输入你要请求的进程号：";cin >> n;cout << "请输入你要请求各个资源的数量，中间用空格隔开：" << endl;for (int i = 0; i< n_resource; i++){cin >> Request[i];}//开始判断//请求量大于该进程的最大需求量，出错for (int i = 0; i < n_resource; i++){if (Need[n][i] < Request[i]){cout << "输入错误，请求量不能比该进程的最大需求量还大！" << endl;return 1;}}//请求量大于当前空闲资源量，出错for (int i = 0; i < n_resource; i++){if (Available[i] < Request[i]){cout << "拒绝，当前空闲资源不够！" << endl;return 1;}}//请求量合理，试图分配资源给请求进程，并做安全性检查for (int i = 0; i < n_resource; i++){Available[i] -= Request[i];Allocation[n][i] += Request[i];Need[n][i] -= Request[i];}//安全性检查bool Is_safe=Safecheck();if (Is_safe == true){cout << "系统已经分配资源给P" << n << "进程了！" << endl;cout << "其中一个安全序列为：" << endl;for (int i = 0; i < Safeorder.size(); i++){cout << "P" << Safeorder.at(i) << "->";}cout << "End" << endl ;}//不安全，恢复试分配之前的现场else{cout << "不能分配资源，否则系统会处于不安全状态！" << endl;for (int i = 0; i < n_resource; i++){Available[i] += Request[i];Allocation[n][i] -= Request[i];Need[n][i] += Request[i];}}return 1;
}
//显示资源分配情况
void Display()
{cout << endl;cout << "进程 \t Max \t Allocation\tNeed\tAvailable" << endl;for (int i = 0; i < n_process; i++){cout << " P" << i << " \t";for (int j = 0; j < n_resource; j++){cout << Max[i][j] << " ";}cout << "\t   ";for (int j = 0; j < n_resource; j++){cout << Allocation[i][j] << " ";}cout << "\t";for (int j = 0; j < n_resource; j++){cout << Need[i][j] << " ";}cout << "\t  ";for (int j = 0; i==0&&j < n_resource; j++){cout << Available[j] << " ";}cout << endl;}cout << endl;
}int main()
{int choose = 0;while (1){Menu();cin >> choose;switch (choose){case 1:Init();break;case 2:Order();break;case 3:Display();break;case 4:cout << "系统已退出！";return 1;default:cout << "输错了，重输" << endl;break;}}
}

实验报告：https://download.csdn.net/download/sjhdxpz/88212618