操作系统 银行家算法（C++实现）

1. 系统安全状态

　　系统在进行资源分配之前，应先计算此次资源分配的安全性，即判断系统当前拥有的资源数，是否满足该进程目前所需要的资源数，若满足则将该进程运行完毕，并将在此之前分配给该进程的资源释放，然后继续推进，该推进顺序为安全序列；若无法满足，则称当前系统处于不安全状态。

2. 银行家算法中的数据结构

• 可用资源向量Available。其中含有 m 个元素（m 即为资源种类），Available[ j ] 的值表示，当前资源 j 所拥有的个数。
• 最大需求矩阵Max。这是一个n * m的矩阵（n 即为进程个数），Max[ i ][ j ] 的值表示，进程 i 对于 资源 j 的最大需求值。
• 分配矩阵Allocation。这是一个n * m的矩阵，Allocation[ i ][ j ] 的值表示，当前系统对于进程 i 已分配资源 j 的个数。
• 需求矩阵Need。这是一个n * m的矩阵，Need[ i ][ j ] 的值表示，当前进程 i 对于 资源 j 的需求个数。

上述三个矩阵满足如下关系：

　　　　　　　　Need[ i ][ j ] = Max[ i ][ j ] - Allocation[ i ][ j ]

3. 银行家算法

　　设 Request_i 是进程 P_i 的请求向量，如果 Request_i[ j ] = K, 表示进程 P_i 需要K个 R_j 类的资源。当 P_i 发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：

1. 如果 Request_i[ 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超过所宣布的最大值。
2. 如果 Request_i[ j ]  <= Available[ j ]，便转向步骤（3）；否则，表示尚无足够资源，P_i需等待。
3. 系统尝试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 ] -= Request_i[ j ];

　　　　　　Allocation[ i ][ j ] += Request_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是否安全。若安全才正式将资源分配给进程 P_i，以完成本次分配；否则将此次请求视为作废，恢复原来分配状态，让 P_i 等待。

4. 代码实现

　　4.1 银行家算法之例

　

 　　4.2 安全性检验函数

//安全性检验及输出安全序列
vector<int> CountSafeOrder( vector<int> Ava, vector<vector<int> > Max, 
                vector<vector<int> > All, vector<vector<int> > Need){
    int pro_number = Max.size();
    int res_number = Ava.size();
    vector<bool> Finish(pro_number,false);
    vector<int> SafeOrder;
    vector<int> temp;
    vector<vector<int> >work(pro_number,temp);
    
    queue<int> q;
    int count = 0; //用来记录循环是否超过次数；
    for(int i = 0; i < pro_number; i ++)
        q.push(i);
    while( !q.empty() ){
        int num = q.front();
        bool arg = true; 
        q.pop(); count ++;
        //判断当前可用资源是否大于需求
        for(int j = 0; j < res_number ; j ++){
            if(Ava[j] < Need[num][j] ){
                q.push(num); arg = false; break; 
            }
        }
        //将当前可用资源增加，并记录工作向量
        if( arg ){
            for(int j = 0; j < res_number && arg; j ++){
                work[num].push_back(Ava[j]);
                Ava[j] += All[num][j];
            }
            SafeOrder.push_back(num);
            count = 0;
        }
        //如果循环次数超时，则跳出循环
        if( count > q.size())
            break;
    }
    return SafeOrder;           
} 

　　4.3 资源请求函数

void RequestRes(vector<int> &Ava, vector<vector<int> > &All, 
                        vector<vector<int> > &Need, vector<vector<int> >Request, int num){
    int res_number = Ava.size();
    bool arg = true;
    // 判断请求的资源是否满足条件
    for(int i = 0; i < res_number; i ++ ){
        if(Request[num][i] > Need[num][i] || Request[num][i] > Ava[i] ){
            cout << "需求过大，无法满足请等待！
"; arg = false; break;
        }    
    }
    // 若满足条件，则修改向量值
    if( arg ){
        for(int i = 0; i < res_number; i ++){
            Ava[i] -= Request[num][i];
            Need[num][i] -= Request[num][i];
            All[num][i] += Request[num][i];
        }
    }
}