【操作系统】银行家算法

1.算法原理

 　　　　安全性检查算法：用于检查系统进行资源分配后是否安全。在系统试分 配资源后，算法从现有进程列表寻找出一个可执行的进程进行执行，执行完 成后回收进程占用资源；进而寻找下一个可执行进程。当进程需求量大于系 统可分配量时，进程无法执行。当所有进程均可执行，则产生一个安全执行 序列，系统资源分配成功。若进程无法全部执行，即无法找到一条安全序列， 所以此次分配失败。

　　　　银行家算法：用来避免死锁。实现银行家算法，每个新进程在进入系统时它必须申明在运行过程中，可能需要的每种资源类型的最大单元数目，其数目不应超过系统所拥有的资源总量。当某一进程请求时，系统会自动判断请求量是否小于进程最大所需，同时判断请求量是否小于当前系统资源剩余量。若两项均满足，则系统试分配资源并执行安全性检查算法。

2.实现思路

　　　　利用3个二维数组分别表示最大需求量矩阵，allocation矩阵，need矩阵，利用一维数组存放available初始值。

 3个核心函数：输入函数，安全检查函数，请求资源检验函数。

3.代码实现

#include<iostream>
using namespace std;
#define p 4
#define r 3

//a-max,b-allocation,c-need,d-available
void input(int a[p][r],int b[p][r],int c[p][r],int d[r])
{
    int i,j;
    cout<<"请输入allocation矩阵数据:";
    for(i=0;i<p;i++){
        cout<<"进程p"<<i+1<<":  " ;
        for(j=0;j<r;j++)
            cin>>b[i][j];
    }
        
            
    cout<<"请输入 need 矩阵数据:";
    for(i=0;i<p;i++){
        cout<<"进程p"<<i+1<<":  " ;
        for(j=0;j<r;j++)
            cin>>c[i][j];
    }
        
//    cout<<"max data:";
    for(i=0;i<p;i++)
        for(j=0;j<r;j++){
            a[i][j]=b[i][j]+c[i][j];
        }
        
    cout<<"请输入初始available:";
    for(j=0;j<r;j++)
        cin>>d[j];
}
 //比较函数，用于比较两个数组中所有数字大于第二个矩阵中所有数字，正确return 1 
int equ(int m[r],int n[r])
{
    int i,flag=0;
    for(i=0;i<r;i++)
        if(m[i]<n[i])
        {
            flag=1;
            break;
        }
    if(flag==1)    
    return 0;
    else 
    return  1;
}
  
//申请资源，第n个进程申请资源
void banktest(int b[p][r],int c[p][r],int d[r],int req[r],int n)
{
    int i,j;
    int t[r];
    n=n-1;
    for(i=0;i<r;i++)
        t[i]=c[n][i];//需要的资源 
    if(equ(d,req)&&equ(t,req))//对available，request进行比较
    {
        for(j=0;j<r;j++)
        {
            b[n][j]=b[n][j]+req[j];
            c[n][j]=c[n][j]-req[j];
            d[j]=d[j]-req[j];
        }
        if(stest(b,c,d))
            cout<<"允许第"<<n+1<<"个进程申请资源！";
        else 
        {
            cout<<"不允许第"<<n+1<<"个进程申请资源！";
 
        cout<<"恢复以前状态！";
        for(j=0;j<r;j++)
        {
            b[n][j]=b[n][j]-req[j];
            c[n][j]=c[n][j]+req[j];
            d[j]=d[j]+req[j];
        }
        }
    }
 
    else cout<<"申请资源量出错！";
}
 
//系统的安全性检测 
int stest(int b[p][r],int c[p][r],int d[r])
{
    int i,j,k,l,flag=0,flag1=0;
    int t[r],finish[p],dd[r];
    for(i=0;i<p;i++)
        finish[i]=0;//finish为1即表示available满足某一进程并让其实现
 
    for(i=0;i<r;i++)
        dd[i]=d[i];
    cout<<"输出分配序列：";
    cout<<"      allocation        need       avilable"<<endl;
    for(k=0;k<p;k++)            //全搜索    {
        for(i=0;i<p;i++)
        {
            if(finish[i]==1)
            continue;
            else
            {
                for(j=0;j<r;j++)
                    t[j]=c[i][j];
                if(equ(dd,t))
                {
                    finish[i]=1;
                    cout<<endl;
                    //cout<<i+1<<'	';输出矩阵 
                    cout<<"p"<<i+1<<":";
                    for (j =0;j<r; j++)
                    {
                        printf("  %2d ", b[i][j]);
                    }
                    cout<<"     ";
                    for (j = 0; j < r; j++)
                    {
                        //Allocation[i][j]=Pause[j]-Need[i][j];
                        printf("  %2d ", c[i][j]);
                    }
                    cout<<"     ";
                    for (j = 0; j <r; j++)
                    {
                        printf("  %2d ", dd[j] +b[i][j]);
                    }
                    
                    flag=1;
                    for(l=0;l<r;l++)
                        dd[l]=dd[l]+b[i][l];
                    break;
                }
            }
            if(flag==1)break;
        }    
    }
    cout<<endl;
    for(l=0;l<p;l++)
    {
        //cout<<finish[l]<<endl;
        if(finish[l]==0)
        flag1=1;
    }
    
       cout<<"当前系统还剩余的资源："<<endl; 
       for(i=0;i<r;i++){
           cout<<dd[i]<<"   "<<endl;
       }
       
        //cout<<flag1<<endl;
    if(flag1==0)
    Return 1;    //flag1为记录finish是否有0存在的标记，当flag1=0时，安全
    else 
    Return 0;
}

int main()
{
    cout<<"当前资源种类数为：" <<r<<endl;
    cout<<"当前进程总数为： " <<p<<endl;
    int j,n;                   //n-第n个资源申请
    int max[p][r],allocation[p][r],need[p][r];
    int available[r],request[r];
    input(max,allocation,need,available);
 
    if(stest(allocation,need,available)==1)
        cout<<"初始状态安全！";
    else 
    cout<<"初始状态不安全！";
 
    cout<<" input request data:";
    for(j=0;j<r;j++)cin>>request[j];
 
    cout<<"第n个进程申请资源——n的值";
    cin>>n;
 
    banktest(allocation,need,available,request,n);
    return 0;
}

4.实例测试