操作系统实验之银行家算法模拟

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• 银行家算法中的数据结构
  
  • 可利用资源向量 Available
    Available[i] 表示第 i 种资源可利用的数目
  • 最大需求矩阵 Max
    Max[i][j] 表示第 i 个进程最多需要的第 j 类资源的数目
  • 分配矩阵 Allocation
    Allocation[i][j] 表示第 i 个进程已经占有的第 j 类资源的数目
  • 需求矩阵 Need
    Need[i][j] 表示第 i 个进程还需要的第 j 类资源的数量
• 详细介绍
  
  • 银行家算法详细介绍
• 代码:

#include<cstdio>#include<iostream>#include<queue>#include<cstring>using namespace std;const int MAX_RESOURCES_NUM = 100;      //系统资源的最大种类const int MAX_PROCESS_NUM = 100;        //进程的最大数量queue<int> SecuritySequence;        //保存安全序列的队列struct SYSTEM                           //定义系统状态，关系为：Need[i][j] = Max[i][j] - Allocation[i][j]{    int Finish[MAX_PROCESS_NUM];               //标记进程是否被完成    int Available[MAX_RESOURCES_NUM];           //可利用资源向量，第i种资源的数量为Available[i]    int Max[MAX_PROCESS_NUM][MAX_RESOURCES_NUM];         //最大需求矩阵，第i个进程对第j个资源的最大需求为Max[i][j]    int Allocation[MAX_PROCESS_NUM][MAX_RESOURCES_NUM];  //分配矩阵,第i个进程已获得第j个资源的数量为Allocation[i][j]    int Need[MAX_PROCESS_NUM][MAX_RESOURCES_NUM];        //需求矩阵，第i个进程还需要第j个资源的数量为Need[i][j]};//安全性算法，判断系统是否存在安全序列。已决定是否分配资源给进程,传入参数为当前系统的状态。进程数，资源数int IsSafe(SYSTEM status,int process_num,int resources_num){    //由于需要不断循环的寻找可以分配资源的进程，需要找一个循环的最大圈数    //分析：每一次循环都要找到一个可分配资源的进程，否则下一次循环也找不到可分配资源的进程    //即最大的圈数为资源的种类数    while(!SecuritySequence.empty())          //置空安全序列        SecuritySequence.pop();    for(int i = 0; i < process_num; i++)    {        int have_process = 0;               //标记该趟是否可以找到可调度的进程。        for(int j = 0; j < process_num; j++)        {            if(status.Finish[j] == 0)       //进程程j未被完成            {                int success = 1;            //由于标记系统可分配的各类资源是否满足进程j的需求                for(int k = 0; k < resources_num; k++)      //检查系统可分配的各类资源是否满足进程j的需求                {                    if(status.Available[k] < status.Need[j][k])     //系统有一类资源不满足进程需求                    {                        success = 0;                        break;                    }                }                if(success == 1)             //系统所有类资源都满足进程需求,调度进程 j ，运行完成 j ，并回收资源。                {                    have_process = 1;                           //已找到可调度的进程                    status.Finish[j] = 1;                          //标记进程 j 已完成                    for(int l = 0; l < resources_num; l++)      //回收各类资源                    {                        status.Available[l] += status.Allocation[j][l];                    }                    SecuritySequence.push(j);                   //进程 j 入队保存                }            }        }        if(have_process == 0)                                   //没有可调度的进程跳出；        {            break;        }    }    int is_safe = 1;    for(int i = 0; i < process_num; i++)                //判断所有进程是否以完成，如果已完成则存在安全序列，否则，不存在；    {        if(status.Finish[i] == 0)                       //有进程未被调度，所有不存在安全序列；            is_safe = 0;    }    return is_safe;}//银行家算法int  BankerAlgorithm(SYSTEM status,int process_num,int resources_num,int process,int Request[]){    for(int i = 0; i < resources_num; i++)          //判断需求资源是否大于最大需求    {        if(Request[i] > status.Need[process][i])    //需求资源大于最大需求,出错        {            printf("需求资源大于最大需求\n");            return 0;        }    }    for(int i = 0; i < resources_num; i++)             //需求资源是否大于可分配资源    {        if(Request[i] > status.Available[i])       //需求资源大于可分配资源，无法调度        {            printf("需求资源大于可分配资源\n");            return 0;        }    }    //满足分配要求。试探性分配，并判断是否存在安全序列    for(int i = 0; i < resources_num; i++)    {        //试探性分配        status.Available[i] -= Request[i];        status.Allocation[process][i] += Request[i];        status.Need[process][i] -= Request[i];    }    //判断是否存在安全序列    if(IsSafe(status,process_num,resources_num))    {        printf("存在安全序列：\n");        while(!SecuritySequence.empty())            //输出安全序列        {            printf("%d ",SecuritySequence.front());            SecuritySequence.pop();        }        return 1;    }    else                        //没有安全序列，试探性分配作废    {        printf("不存在安全序列，不分配资源\n");        for(int i = 0; i < resources_num; i++)        {            status.Available[i] += Request[i];            status.Allocation[process][i] -= Request[i];            status.Need[process][i] += Request[i];            return 0;        }    }}//输出系统状态void display(SYSTEM status,int process_num,int resources_num){     //系统状态Available    printf("系统状态Available：\n");    for(int i = 0; i < resources_num; i++)        printf("%d ",status.Available[i]);    putchar('\n');    //系统状态最大需求矩阵Max    printf("请初始化系统状态最大需求矩阵Max：\n");    for(int i = 0; i < process_num; i++)    {        for(int j = 0; j < resources_num; j++)        {            printf("%d ",status.Max[i][j]);        }        putchar('\n');    }    //系统状态最大需求矩阵Allocation    printf("可利用资源向量Allocation：\n");    for(int i = 0; i < process_num; i++)    {        for(int j = 0; j < resources_num; j++)        {            printf("%d ",status.Allocation[i][j]);        }        putchar('\n');    }    //需求矩阵Need    printf("需求矩阵Need\n");    for(int i = 0; i < process_num; i++)    {        for(int j = 0; j < resources_num; j++)        {            printf("%d ",status.Need[i][j]);        }        putchar('\n');    }}int main(int argc, char* argv[]){//    //重定义输出输入流至文件//    freopen("data.in","r",stdin);//    freopen("data.out","w",stdout);    SYSTEM status;      //定义系统状态    int resources_num,process_num;      //定义资源数，进程数    //始化进程数，和资源种数    printf("请初始化进程数，和资源种数：\n");    scanf("%d %d",&process_num,&resources_num);    //始化系统状态Available    printf("请初始化系统状态Available：\n");    for(int i = 0; i < resources_num; i++)        scanf("%d",&status.Available[i]);    //始化系统状态最大需求矩阵Max    printf("请初始化系统状态最大需求矩阵Max：\n");    for(int i = 0; i < process_num; i++)    {        for(int j = 0; j < resources_num; j++)        {            scanf("%d",&status.Max[i][j]);        }    }    //始化系统状态最大需求矩阵Allocation    printf("请初始化可利用资源向量Allocation：\n");    for(int i = 0; i < process_num; i++)    {        for(int j = 0; j < resources_num; j++)        {            scanf("%d",&status.Allocation[i][j]);        }    }    //自动处理需求矩阵Need    for(int i = 0; i < process_num; i++)    {        for(int j = 0; j < resources_num; j++)        {            status.Need[i][j] = status.Max[i][j] - status.Allocation[i][j];        }    }    int process;                        //记录资源请求的进程的号    int Request[MAX_RESOURCES_NUM];     //记录该进程对各资源请求的数量    if(IsSafe(status,process_num,resources_num) == 0)    {        printf("初始状态不存在安全序列\n");        return 0;    }    else    {        printf("初始状态安全\n");        printf("存在安全序列：\n");        while(!SecuritySequence.empty())            //输出安全序列        {            printf("%d ",SecuritySequence.front());            SecuritySequence.pop();        }        putchar('\n');    }    while(1)        //模拟系统运行    {        display(status,process_num,resources_num);        printf("请输入资源请求：process\n");        int process;        int Request[MAX_RESOURCES_NUM];        scanf("%d",&process);        if(process == -1)            break;        printf("请输入资源请求：Request[](the length of the Request is that of resources_num)\n");        for(int i = 0; i < resources_num; i++)        {            scanf("%d",&Request[i]);        }        if(BankerAlgorithm(status,process_num,resources_num,process,Request) == 1)        {            int process_end = 1;        //判断进程是否执行完            for(int i = 0; i < resources_num; i++)            {                status.Available[i] -= Request[i];                status.Allocation[process][i] += Request[i];                status.Need[process][i] -= Request[i];                if(status.Need[process][i] != 0)                    process_end = 0;            }            printf("资源分配成功\n");            //进程执行完，回收资源            if(process_end)            {                printf("进程P%d执行完,释放资源\n",process);                for(int i = 0; i < resources_num; i++)                {                    status.Available[i] += status.Allocation[process][i];                }            }        }    }    return 0;}