实验二、银行家算法

（一）    目的和要求

银行家算法是由Dijkstra设计的最具有代表性的避免死锁的算法。本实验要求用高级语言编写一个银行家的模拟算法。通过本实验可以对预防死锁和银行家算法有更深刻的认识。

（二）    实验内容

1、  设置数据结构

包括可利用资源向量（Availiable）,最大需求矩阵（Max）,分配矩阵（Allocation）,需求矩阵（Need）

2、  设计安全性算法

设置工作向量Work 表示系统可提供进程继续运行可利用资源数目，Finish 表示系统是否有足够的资源分配给进程

/* Note:Your choice is C IDE */
/* Note:Your choice is C IDE */
#include "stdio.h"

#include <iostream>
using namespace std;

/*子函数声明*/
int Isprocessallover();                //判断系统中的进程是否全部运行完毕
void Systemstatus();                   //显示当前系统中的资源及进程情况
int Banker(int, int *);                //银行家算法
void Allow(int, int *);                //若进程申请不导致死锁，用此函数分配资源
void Forbidenseason(int);             //若发生死锁，则显示原因

/*全局变量*/
int Availiable[3] = { 3, 3, 2 };              //初始状态，系统可用资源量                         
int Max[5][3] = { { 7, 5, 3 }, { 3, 2, 2 }, { 9, 0, 2 }, { 2, 2, 2 }, { 4, 3, 3 } };
//各进程对各资源的最大需求量
int Allocation[5][3] = { { 0, 1, 0 }, { 2, 0, 0 }, { 3, 0, 2 }, { 2, 1, 1 }, { 0, 0, 2 } };
//初始状态，各进程占有资源量
int Need[5][3] = { { 7, 4, 3 }, { 1, 2, 2 }, { 6, 0, 0 }, { 0, 1, 1 }, { 4, 3, 1 } };
//初始状态时，各进程运行完毕，还需要的资源量 
int over[5] = { 0, 0, 0, 0, 0 };               //标记对应进程是否得到所有资源并运行完毕  
int g_pAllAvailiable[3]={10,5,6};                //系统资源总数

/*主函数*/
void main()
{
    int process = 0;                           //发出请求的进程
    int decide = 0;                            //银行家算法的返回值
    int Request[3] = { 0, 0, 0 };              //申请的资源量数组
    int sourcenum = 0;                         //申请的各资源量
    /*判断系统中进程是否全部运行完毕*/
step1:  
          if (Isprocessallover() == 1)
        {
              cout << "系统中全部进程运行完毕！";
              return;
        }
          /*显示系统当前状态*/
          Systemstatus();
          /*人机交互界面*/
step2: 
           cout << "
输入发出请求的进程（输入 “0”退出系统）: ";
          cin >> process;
          if (process == 0)
          {
              cout << "放弃申请,退出系统！";
              return;
          }
          if (process<1 || process>5 || over[process - 1] == 1)
          {
              cout << "系统无此进程！
";
              goto step2;
          }
          cout << "此进程申请各资源（A，B，C）数目：
";
          for (int h = 0; h < 3; h++)
          {
              cout << char(65 + h) << "资源:";
              cin >> sourcenum;
              Request[h] = sourcenum;
          }
          /*用银行家算法判断是否能够进行分配*/
          decide = Banker(process, Request);
          if (decide == 0)
          {
              /*将此进程申请资源分配给它*/
              Allow(process, Request);
              goto step1;
          }
          else
          {
              /*不能分配，显示原因*/
              Forbidenseason(decide);
              goto step2;
          }

}

/*子函数Isprocessallover( )的实现*/
int Isprocessallover()
{
    int processnum = 0;
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        /*判断每个进程是否运行完毕*/
        if (over[i] == 1)
            processnum++;
    }
    if (processnum == 5)
        /*系统中全部进程运行完毕*/
        return 1;
    else
        return 0;
}

/*子函数Systemstatus( )的实现*/
void Systemstatus()
{
    cout << "此刻系统中存在的进程：
";
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        if (over[i] != 1)
            cout << "P" << i + 1 << "  ";
    }
    cout << endl;
    cout << "此刻系统可利用资源（单位：个）：
";
    cout << "A  B  C
";
    for (int a = 0; a < 3; a++)
    {
        cout << Availiable[a] << "  ";
    }
    cout << endl;
    cout << "此刻各进程已占有资源如下（单位：个）: 
"
        << "    A  B  C
";
    for (int b = 0; b < 5; b++)
    {
        if (over[b] == 1)
            continue;
        cout << "P" << b + 1 << "  ";
        for (int c = 0; c < 3; c++)
            cout << Allocation[b][c] << "  ";
        cout << endl;
    }
    cout << "各进程运行完毕还需各资源如下（单位：个）:
"
        << "    A  B  C
";
    for (int f = 0; f < 5; f++)
    {
        if (over[f] == 1)
            continue;
        cout << "P" << f + 1 << "  ";
        for (int g = 0; g < 3; g++)
            cout << Need[f][g] << "  ";
        cout << endl;
    }
}

/*子函数Banker(int ,int &)的实现*/
int Banker(int p, int *R)
{
    int num = 0;                            //标记各资源是否能满足各进程需要
    int Finish[5] = { 0, 0, 0, 0, 0 };                //标记各进程是否安全运行完毕
    int work[5] = { 0, 0, 0, 0, 0 };                 //用于安全检查
    int AvailiableTest[3];                   //用于试分配  
    int AllocationTest[5][3];                //同上
    int NeedTest[5][3];                    //同上
    
    /*判断申请的资源是否大于系统可提供的资源总量*/
    for(int n=0;n<3;++n)
    {
        if(R[n]>Availiable[n])
        {
            return 1;
        }
    }
    /*返回拒绝分配原因*/
    
    //需求远大于系统总量
    for(int i=0;i<3;++i)
    {
        if(R[i]>g_pAllAvailiable[i])
        {
            cout<<"此需求永得不到满足，请求不接受！"<<endl;
            return 1;
        }
    }
    
    
    /*判断该进程申请资源量是否大于初始时其申明的需求量*/
    for(int j=0;j<3;++j)
    {
        if(R[j]>Need[p-1][j])
        {
            return  2;
        }
    }
            /*返回拒绝原因*/
            
    /*为检查分配的各数据结构赋初值*/
    for (int t = 0; t < 3; t++)
    {
        AvailiableTest[t] = Availiable[t];
    }
    for (int u = 0; u < 5; u++)
    {
        for (int v = 0; v < 3; v++)
        {
            AllocationTest[u][v] = Allocation[u][v];
        }
    }
    for (int w = 0; w < 5; w++)
    {
        for (int x = 0; x < 3; x++)
        {
            NeedTest[w][x] = Need[w][x];
        }
    }
    /*进行试分配*/
    for (int k = 0; k < 3; k++)                                                                       //修改NeedTest[]
    {
        AvailiableTest[t] = AvailiableTest[t] - *(R + k);
        AllocationTest[p - 1][k] = AllocationTest[p - 1][k] + *(R + k);
        NeedTest[p - 1][k] = NeedTest[p - 1][k] - *(R + k);
    
    }
    /*检测进程申请得到满足后，系统是否处于安全状态*/
    for (int l = 0; l < 3; l++)
    {
        work[l] = AvailiableTest[l];
    }
    for (int m = 1; m <= 5; m++)
    {
        for (int n = 0; n < 5; n++)
        {
            num = 0;
            /*寻找用此刻系统中没有运行完的进程*/
            if (Finish[n] == 0 && over[n] != 1)
            {
                for (int p = 0; p < 3; p++)
                {
                    if (NeedTest[n][p] <= work[p])
                        num++;
                }
                if (num == 3)
                {
                    for (int q = 0; q < 3; q++)
                    {
                        work[q] = work[q] + AllocationTest[n][q];
                    }
                    Finish[n] = 1;
                }
            }
        }
    }
    for (int r = 0; r < 5; r++)
    {
        if (Finish[r] == 0 && over[r] != 1)
            /*返回拒绝分配原因*/
            return 3;
    }
    return 0;
}

/*子函数Allow(int ,int &)的实现*/
void Allow(int p, int *R)
{
    cout << "可以满足申请！";
    static int overnum;
    /*对进程所需的资源进行分配*/
    for (int t = 0; t < 3; t++)
    {
        Availiable[t] = Availiable[t] - *(R + t);
        Allocation[p - 1][t] = Allocation[p - 1][t] + *(R + t);
        Need[p - 1][t] = Need[p - 1][t] - *(R + t);
    }
    /*分配后判断其是否运行完毕*/
    overnum = 0;
    for (int v = 0; v < 3; v++)
    {
        if (Need[p - 1][v] == 0)
            overnum++;
    }
    if (overnum == 3)
    {
        /*此进程运行完毕，释放其占有的全部资源*/
        for (int q = 0; q < 3; q++)
            Availiable[q] = Availiable[q] + Allocation[p - 1][q];
        /*标记该进程运行完毕*/
        over[p - 1] = 1;
        cout << "进程P" << p << "所需资源全部满足，此进程运行完毕！
";
    }
}

/*子函数Forbidenseason(int )的实现*/
void Forbidenseason(int d)
{
    cout << "不能满足申请，此进程挂起，原因为：
";
    switch (d)
    {
    case 1:cout << "申请的资源量大于系统可提供的资源量！"; break;
    case 2:cout << "申请的资源中有某种资源大于其声明的需求量！"; break;
    case 3:cout << "若满足申请，系统将进入不安全状态，可能导致死锁！";
    }
}