银行家算法

一、实验目的

用高级语言编写和调试一个银行家算法程序，并可以利用银行家算法模拟分配资源以及进行安全性检查。加深对银行家算法的理解。

二、实验指导

1. 银行家算法中的数据结构

(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，其初始值是系统中所配置的该类全部可用资源的数目，其数值随该类资源的分配和回收而动态地改变。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的最大值。

(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］;

(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，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：① 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; ② 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：  ① Finish［i］=false; ② Need［i,j］≤Work［j］；若找到， 执行步骤(3)， 否则，执行步骤(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。

三、提示

    可以用下面的数据作为测试数据

假定系统中有五个进程｛P0, P1, P2, P3, P4｝和三类资源｛A, B, C｝，各种资源的数量分别为10、5、7，在T0时刻的资源分配情况如图2-1所示。

图2-1 T0时刻的资源分配表

请求序列

（1）P1发出请求向量Request1(1，0，2)

（2）P4发出请求向量Request4(3，3，0)

（3）P0发出请求向量Requst0(0，2，0)

<span style="font-size:12px;"><span style="font-family:Courier New;">#include<stdlib.h>#include<iostream>using namespace std;int Max[5][3]={ {7,5,3},{3,2,2},{9,0,2},{2,2,2},{4,3,3} };int Allocation[5][3]={  {0,1,0},{2,0,0},{3,0,2},{2,1,1},{0,0,2}};int Need[5][3];intAvailable[3]={3,3,2};int Request[3];int p[5];//记录进程分配顺序int work[3];char finish[5];//进程是否执行标志int work2[5][3];//workint work3[5][3];//work+Allocationint safe();void get(){int i,j;for(i=0;i<5;i++){for(j=0;j<3;j++){Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j];}}}void fenpei(){int n,m;int i,j,k,l,ii,ij;cout<<"输入请求资源的进程号(0-4):";cin>>n;cout<<"输入请求资源的数量(3类资源,空格隔开)";for(j=0;j<3;j++){cin>>Request[j];}for(i=0;i<3;i++){if(Request[i]>Need[n][i]){cout<<"请求资源大于需要资源,分配失败."<<endl;break;}if(Request[i]>Available[i]){cout<<"请求资源大于可利用资源,分配失败."<<endl;break;}}if(i==3)//请求资源小于需要资源且请求资源小于可利用资源 预分配 调用安全算法{for(k=0;k<3;k++){Available[k]=Available[k]-Request[k];Allocation[n][k]=Allocation[n][k]+Request[k];Need[n][k]=Need[n][k]-Request[k];}m=safe();if(m==0)//系统安全 预分配成功 修改资源情况 {cout<<"      work |   Allocation |    Need | work+allocation |  finish"<<endl;for(ii=0;ii<5;ii++){cout<<"P"<<p[ii]<<" ";for(ij=0;ij<3;ij++) {cout<<" "<<work2[ii][ij];}cout<<"  |    ";for(ij=0;ij<3;ij++){cout<<" "<<Allocation[p[ii]][ij];}cout<<"    |  ";for(ij=0;ij<3;ij++) {cout<<" "<<Need[p[ii]][ij];}cout<<" |  ";for(ij=0;ij<3;ij++){cout<<" "<<work3[ii][ij];}cout<<"         |    ";cout<<" "<<finish[ii];cout<<endl;}cout<<"请求成功."<<endl<<endl;}else if(m==1)//系统不安全 预分配的资源 返还{for(l=0;l<3;l++){Available[l]=Available[l]+Request[l];Allocation[n][l]=Allocation[n][l]-Request[l];Need[n][l]=Need[n][l]+Request[l];}cout<<"请求失败."<<endl<<endl;}}}int safe(){int i,j,k,l;int ii,ij;int il=0;int ik=0;for(i=0;i<3;i++)//将Available赋值给work;{work[i]=Available[i];}for(j=0;j<5;j++)//置finish全部为 F{finish[j]='F';}while(il<5){for(k=0;k<5;k++){if(finish[k]=='T')//仅执行finish为F的进程{continue;}for(l=0;l<3;l++)//判断可利用资源是否等于需求资源{if(work[l]<Need[k][l])//work小于Need {break;}}if(l==3)//work大于Need{finish[k]='T';for(ii=0;ii<3;ii++){work2[ik][ii]=work[ii];work[ii]=work[ii]+Allocation[k][ii];work3[ik][ii]=work[ii];}p[ik]=k;//记录进程的资源分配顺序ik++;}}il++;}for(ij=0;ij<5;ij++)//判断finish的状态{if(finish[ij]!='T'){return 1;//finish不全为T 返回1 不安全break;}}if(ij==5){return 0;//finish全部为T 返回0 安全}}void main(){get();input:int num,ii,ij;cout<<"      1.查看当前资源分配表"<<endl;cout<<"      2.请求资源"<<endl;cout<<"      3.退出"<<endl;cout<<endl<<"      请选择:";cin>>num;if(num==1){cout<<"      Max |   Allocation |    Need |  Available"<<endl;for(ii=0;ii<5;ii++){cout<<"P"<<ii;for(ij=0;ij<3;ij++) {cout<<" "<<Max[ii][ij];}cout<<"  |    ";<span style="white-space: pre;"></span>for(ij=0;ij<3;ij++){cout<<" "<<Allocation[ii][ij];}cout<<"    |  ";for(ij=0;ij<3;ij++) {cout<<" "<<Need[ii][ij];}cout<<" |  ";if(ii==0){<span style="white-space: pre;"></span>for(ij=0;ij<3;ij++){cout<<" "<<Available[ij];}}cout<<endl;}goto input;}else if(num==2){fenpei();goto input;}else if(num==3){exit(0);}}</span><span style="font-family:FangSong_GB2312;"><span style="background-color: rgb(255, 255, 255);"></span></span></span>