银行家算法

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。（破坏了环路等待条件）

实验原理

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］

int Allocation[11][101];//进程已获得资源
int Max[11][101];//进程所需最大资源
int Available[11];//可分配资源
int Need[11][101];//进程所需资源
int Requesti[11];//资源请求
int Work[11];//工作向量
int link[11];//安全序列
int x,y;//x表进程数，y表资源种类

初始化

帮助用户输入已知变量的函数，构建银行家算法的Max、Allocation、Need、Available矩阵，便于进行接下来的数据处理。

void init(){//初始化cout << "请输入进程个数:" << endl;cin >> x;cout << "请输入资源共有多少类:" << endl;cin >> y;cout << "请输入每个进程所需要的各种资源的最大数目:" << endl;for (int i = 0; i < x; i++) {cout << "P" << i+1 << ":" ;for (int j = 0; j < y; j++) {cin >> Max[i][j];}}cout << "请输入每个进程已分配的资源数量：" << endl;for(int i=0; i<x; i++){cout << "P" << i+1 << ":" ;for(int j=0; j<y; j++){cin >> Allocation[i][j];if(Allocation[i][j]>Max[i][j]){cout << "已分配资源数量大于进程所需的资源最大数目，请重新输入" << endl;i--;}}}cout << "请输入系统可分配的资源数:" << endl;for (int i = 0; i < y; i++) {cin >> Available[i];}for (int i = 0; i < x; i++) {//计算每一个进程尚需的各类资源数，Need矩阵for (int j = 0; j < y; j++) {Need[i][j] = Max[i][j] - Allocation[i][j];}}
}

输出资源分配量

打印现在的矩阵状态（Max、Allocation、Need、Available），方便用户了解算法进行程度

void printSystemVariable(){//输出资源分配量cout << "此时资源分配量如下：" << endl;cout << "进程  " << "   Max   " << "   Alloction " << "    Need  " << "    Available " << endl;for(int i=0;i<x;i++){//第i个进程cout << "P" << i+1 << "     " ;for(int j=0;j<y;j++){//第i个进程的Max矩阵信息cout << Max[i][j] << "    " ;}cout << "|  " ;for(int j=0;j<y;j++){//第i个进程的Allocation矩阵信息cout << Allocation[i][j] << "    " ;}cout << "|  " ;for(int j=0;j<y;j++){//第i个进程的Need矩阵信息cout << Need[i][j] << "    " ;}cout << "|  " ;if(i==0){for(int j=0;j<y;j++){//第i个进程的Available矩阵信息cout << Available[j] << "    " ;}}cout << endl ;}
}

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

bool chesksafe(){//安全性算法for (int i = 0; i < y; i++) {Work[i] = Available[i];}bool Finish[7];//工作向量int mark = x;//避免改变x的值所设的变量int temp = 0;//满足需求资源少于剩余资源这一条件的资源数int flag = 0;//进行资源分配的次数while (mark--) {//求安全序列的操作最多进行进程数次for(int i=0;i<x;++i){//判定第i个进程if(Finish[i]==true){continue;}for (int j = 0; j < y; j++) {if(Need[i][j]<=Work[j]){//计算该进程需求资源少于剩余资源的资源数temp++;}}if(temp==y){//全部资源都满足需求资源少于剩余资源for (int j = 0; j < y; j++) {//获得分配给该资源的资源数Work[j]+=Allocation[i][j];}Finish[i]=true;flag++;//进行一次资源分配link[flag]=i+1;//将进行资源分配的进程依次放入队列}temp=0;//更新满足分配资源条件的资源数}}if(flag==x){//如果没有进行进程数次资源分配，说明不是安全序列cout << "系统处于安全状态，安全序列为：" << endl;for (int i = 1; i <= x; i++) {cout << "P" << link[i] << " " ;}cout << endl;return true;}else{cout << "系统处于不安全状态" << endl;return false;}
}

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。

  string an;//存储是否请求分配的用户指令bool flag = false;//用于跳出两层循环的标志while(1){cout << "是否请求分配？（'y'or'Y'表是，'n'or'N'表否） " ;cin>>an;if(an[0]!='Y'&&an[0]!='y'){break;}int num;cout << "请输入请求资源的进程号（如：P1则输入1）： " << endl;cin >> num;num -= 1;//进程从1开始计数但各个数组下标从0开始计数cout << "输入进程请求的资源数" << endl;for (int i = 0; i < y; i++) {cin >> Requesti[i];}for (int i = 0; i < y; i++) {if(Requesti[i]>Need[num][i]){cout << "所需要的资源数已超过所宣布最大值Max" << endl;flag = true;break;}if(Requesti[i]>Available[i]){cout << "尚无足够资源" << endl;flag = true;break;}Available[i]-=Requesti[i];Allocation[num][i]+=Requesti[i];Need[num][i]-=Requesti[i];}if (flag){//当任意资源请求出现问题时，跳出两层循环flag = false;//更新标志continue;//执行下一次循环}int temp = 0;//满足Max值的Allocation值的个数if(chesksafe()){//安全,完成本次分配for (int i = 0; i < y; i++) {if(Allocation[num][i]>=Max[num][i]){temp++;}}if (temp == y) {/*如果1个进程分配资源后，每个资源已获得值都大于等于所需最大值则更新Available、Allocation和Need矩阵*/for (int i = 0; i < y; i++) {Available[i]+=Allocation[num][i];//可分配资源获得该进程已获得的资源数Allocation[num][i]=0;//清空该进程已获得的资源数Need[num][i]=0;//清空该进程尚需的各类资源数}}cout << "分配成功" << endl;printSystemVariable();}else{//不安全,撤销之前的操作cout << "分配失败" << endl;for (int i = 0; i < y; i++) {Available[i]+=Requesti[i];Need[num][i]+=Requesti[i];Allocation[num][i]-=Requesti[i];}printSystemVariable();}}

完整代码

#include <iostream>
using namespace std;int Allocation[11][101];//进程已获得资源
int Max[11][101];//进程所需最大资源
int Available[11];//可分配资源
int Need[11][101];//进程所需资源
int Requesti[11];//资源请求
int Work[11];//工作向量
int link[11];//安全序列
int x,y;//x表进程数，y表资源种类void init();//初始化
void printSystemVariable();//输出资源分配量
bool chesksafe();//安全性算法int main(int argc, char const *argv[]) {init();printSystemVariable();if(!chesksafe()){return 0;}string an;//存储是否请求分配的用户指令bool flag = false;//用于跳出两层循环的标志while(1){cout << "是否请求分配？（'y'or'Y'表是，'n'or'N'表否） " ;cin>>an;if(an[0]!='Y'&&an[0]!='y'){break;}int num;cout << "请输入请求资源的进程号（如：P1则输入1）： " << endl;cin >> num;num -= 1;//进程从1开始计数但各个数组下标从0开始计数cout << "输入进程请求的资源数" << endl;for (int i = 0; i < y; i++) {cin >> Requesti[i];}for (int i = 0; i < y; i++) {if(Requesti[i]>Need[num][i]){cout << "所需要的资源数已超过所宣布最大值Max" << endl;flag = true;break;}if(Requesti[i]>Available[i]){cout << "尚无足够资源" << endl;flag = true;break;}Available[i]-=Requesti[i];Allocation[num][i]+=Requesti[i];Need[num][i]-=Requesti[i];}if (flag){//当任意资源请求出现问题时，跳出两层循环flag = false;//更新标志continue;//执行下一次循环}int temp = 0;//满足Max值的Allocation值的个数if(chesksafe()){//安全,完成本次分配for (int i = 0; i < y; i++) {if(Allocation[num][i]>=Max[num][i]){temp++;}}if (temp == y) {/*如果1个进程分配资源后，每个资源已获得值都大于等于所需最大值则更新Available、Allocation和Need矩阵*/for (int i = 0; i < y; i++) {Available[i]+=Allocation[num][i];//可分配资源获得该进程已获得的资源数Allocation[num][i]=0;//清空该进程已获得的资源数Need[num][i]=0;//清空该进程尚需的各类资源数}}cout << "分配成功" << endl;printSystemVariable();}else{//不安全,撤销之前的操作cout << "分配失败,撤销本次操作" << endl;for (int i = 0; i < y; i++) {Available[i]+=Requesti[i];Need[num][i]+=Requesti[i];Allocation[num][i]-=Requesti[i];}printSystemVariable();}}return 0;
}void init(){//初始化cout << "请输入进程个数:" << endl;cin >> x;cout << "请输入资源共有多少类:" << endl;cin >> y;cout << "请输入每个进程所需要的各种资源的最大数目:" << endl;for (int i = 0; i < x; i++) {cout << "P" << i+1 << ":" ;for (int j = 0; j < y; j++) {cin >> Max[i][j];}}cout << "请输入每个进程已分配的资源数量：" << endl;for(int i=0; i<x; i++){cout << "P" << i+1 << ":" ;for(int j=0; j<y; j++){cin >> Allocation[i][j];if(Allocation[i][j]>Max[i][j]){cout << "已分配资源数量大于进程所需的资源最大数目，请重新输入" << endl;i--;}}}cout << "请输入系统可分配的资源数:" << endl;for (int i = 0; i < y; i++) {cin >> Available[i];}for (int i = 0; i < x; i++) {//计算每一个进程尚需的各类资源数，Need矩阵for (int j = 0; j < y; j++) {Need[i][j] = Max[i][j] - Allocation[i][j];}}
}void printSystemVariable(){//输出资源分配量cout << "此时资源分配量如下：" << endl;cout << "进程  " << "   Max   " << "   Alloction " << "    Need  " << "    Available " << endl;for(int i=0;i<x;i++){//第i个进程cout << "P" << i+1 << "     " ;for(int j=0;j<y;j++){//第i个进程的Max矩阵信息cout << Max[i][j] << "    " ;}cout << "|  " ;for(int j=0;j<y;j++){//第i个进程的Allocation矩阵信息cout << Allocation[i][j] << "    " ;}cout << "|  " ;for(int j=0;j<y;j++){//第i个进程的Need矩阵信息cout << Need[i][j] << "    " ;}cout << "|  " ;if(i==0){for(int j=0;j<y;j++){//第i个进程的Available矩阵信息cout << Available[j] << "    " ;}}cout << endl ;}
}bool chesksafe(){//安全性算法for (int i = 0; i < y; i++) {Work[i] = Available[i];}bool Finish[7];//工作向量int mark = x;//避免改变x的值所设的变量int temp = 0;//满足需求资源少于剩余资源这一条件的资源数int flag = 0;//进行资源分配的次数while (mark--) {//求安全序列的操作最多进行进程数次for(int i=0;i<x;++i){//判定第i个进程if(Finish[i]==true){continue;}for (int j = 0; j < y; j++) {if(Need[i][j]<=Work[j]){//计算该进程需求资源少于剩余资源的资源数temp++;}}if(temp==y){//全部资源都满足需求资源少于剩余资源for (int j = 0; j < y; j++) {//获得分配给该资源的资源数Work[j]+=Allocation[i][j];}Finish[i]=true;flag++;//进行一次资源分配link[flag]=i+1;//将进行资源分配的进程依次放入队列}temp=0;//更新满足分配资源条件的资源数}}if(flag==x){//如果没有进行进程数次资源分配，说明不是安全序列cout << "系统处于安全状态，安全序列为：" << endl;for (int i = 1; i <= x; i++) {cout << "P" << link[i] << " " ;}cout << endl;return true;}else{cout << "系统处于不安全状态" << endl;return false;}
}