【操作系統】銀行家算法

1.算法原理

 　　　　安全性檢查算法：用於檢查系統進行資源分配后是否安全。在系統試分 配資源后，算法從現有進程列表尋找出一個可執行的進程進行執行，執行完 成后回收進程占用資源；進而尋找下一個可執行進程。當進程需求量大於系 統可分配量時，進程無法執行。當所有進程均可執行，則產生一個安全執行 序列，系統資源分配成功。若進程無法全部執行，即無法找到一條安全序列， 所以此次分配失敗。

　　　　銀行家算法：用來避免死鎖。實現銀行家算法，每個新進程在進入系統時它必須申明在運行過程中，可能需要的每種資源類型的最大單元數目，其數目不應超過系統所擁有的資源總量。當某一進程請求時，系統會自動判斷請求量是否小於進程最大所需，同時判斷請求量是否小於當前系統資源剩余量。若兩項均滿足，則系統試分配資源並執行安全性檢查算法。

 

2.實現思路

　　　　利用3個二維數組分別表示最大需求量矩陣，allocation矩陣，need矩陣，利用一維數組存放available初始值。

 3個核心函數：輸入函數，安全檢查函數，請求資源檢驗函數。

 

3.代碼實現

#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<<"請輸入allocation矩陣數據:";
    for(i=0;i<p;i++){
        cout<<"進程p"<<i+1<<":  " ;
        for(j=0;j<r;j++)
            cin>>b[i][j];
    }
        
            
    cout<<"請輸入 need 矩陣數據:";
    for(i=0;i<p;i++){
        cout<<"進程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<<"請輸入初始available:";
    for(j=0;j<r;j++)
        cin>>d[j];
}
 //比較函數，用於比較兩個數組中所有數字大於第二個矩陣中所有數字，正確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;
}
  
//申請資源，第n個進程申請資源
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];//需要的資源 
    if(equ(d,req)&&equ(t,req))//對available，request進行比較
    {
        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<<"允許第"<<n+1<<"個進程申請資源！";
        else 
        {
            cout<<"不允許第"<<n+1<<"個進程申請資源！";
 
        cout<<"恢復以前狀態！";
        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<<"申請資源量出錯！";
}
 
//系統的安全性檢測 
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為1即表示available滿足某一進程並讓其實現
 
    for(i=0;i<r;i++)
        dd[i]=d[i];
    cout<<"輸出分配序列：";
    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<<'\t';輸出矩陣 
                    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<<"當前系統還剩余的資源："<<endl; 
       for(i=0;i<r;i++){
           cout<<dd[i]<<"   "<<endl;
       }
       
        //cout<<flag1<<endl;
    if(flag1==0)
    Return 1;    //flag1為記錄finish是否有0存在的標記，當flag1=0時，安全
    else 
    Return 0;
}

int main()
{
    cout<<"當前資源種類數為：" <<r<<endl;
    cout<<"當前進程總數為： " <<p<<endl;
    int j,n;                   //n-第n個資源申請
    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<<"初始狀態安全！";
    else 
    cout<<"初始狀態不安全！";
 
    cout<<" input request data:";
    for(j=0;j<r;j++)cin>>request[j];
 
    cout<<"第n個進程申請資源——n的值";
    cin>>n;
 
    banktest(allocation,need,available,request,n);
    return 0;
}

4.實例測試