操作系统-银行家算法(Java实现)

一、银行家算法思想

银行家算法是最著名的死锁避免算法，其思想是：将操作系统视为银行家，操作系统管理的资源相当于银行家管理的资金，进程向操作系统请求分配资源相当于用户向银行家贷款。操作系统按照银行家制定的规则为进程分配资源。进程运行之前先声明对各种资源的最大需求量，当进程在执行继续申请资源是，先测试该进程已占用的资源数与本次申请的资源数之和是否超过该进程声明的最大需求量。若超过则拒绝分配资源，若未超过则再测试系统现存的资源能否满足该进程尚需的最大资源量，若能满足则按当前申请量分配资源，否则也要推迟分配。

二、银行家算法所需数据结构

m为资源种类，n为进程的数量。

1、可利用资源向量 Available：

int Available[m]

2、最大需求矩阵 Max :

int Max[n][m]

3、分配矩阵 Allocation ：

int Allocation[n][m]

4、需求矩阵 Need：

int need[i][j]=Max[i][j]- Allocation[i][j]

5、申请资源向量 Request：

int Request [m]

三、银行家算法描述（bank（）函数）

四、安全性算法描述（safe（）函数）

五、程序设计结构

程序共有以下五个部分：
(1)、初始化init()：输入进程数量、资源种类、资源可利用量、进程资源已分配量、进程最大需求量；
(2)、当前安全性检查safe()：用于判断当前状态安全；
(3)、银行家算法bank()：进行银行家算法模拟实现的模块；
(4)、显示当前状态showdata()：显示当前资源分配详细情况；
(5)、主程序main()：逐个调用初始化、显示状态、安全性检查、银行家算法函数，使程序有序的进行。

六、代码实现

import java.util.Scanner;
public class Banker {String NAME[]=new String[100];//资源的名称int Max[][]= new int[100][100];//最大需求矩阵int Allocation[][]=new int[100][100];//系统已分配矩阵int Need[][]=new int[100][100];//还需要资源矩阵int Available[]=new int[100];//可用资源矩阵int Request[]=new int[100];//请求资源向量int Work[]=new int[100];//存放系统可提供资源量int Finish[]=new int[100]; //标记系统是否有足够的资源分配给各个进程 int Security[]=new int[100];//存放安全序列int M=100;//进程的最大数int N=100;//资源的最大数Scanner sc=new Scanner(System.in);//初始化各类数据public void init(){int i,j,m,n;int number;boolean flag;String name;//输入资源名称int temp[]=new int[100];//统计已分配资源//输入系统资源数目及各资源初试个数System.out.print("系统可用资源种类为:");n=sc.nextInt();N=n;for(i=0;i<n;i++){sc.nextLine();//清空缓冲区否则可能导致无法输入报出异常System.out.println("资源"+i+"名称为:");name=sc.nextLine();NAME[i]=name;System.out.println("资源"+name+"初始化个数为:");number=sc.nextInt();Available[i]=number;}//输入进程数及各进程的最大需求矩阵 System.out.println("请输入进程的数量:");m=sc.nextInt();M=m;System.out.println("请输入各进程的最大需求矩阵的值[Max]:");do {flag=false;for(i=0;i<M;i++){for(j=0;j<N;j++){Max[i][j]=sc.nextInt();if(Max[i][j]>Available[j]){flag=true;}}}if(flag){System.out.println("资源最大需求量大于系统中资源最大量，请重新输入!");}}while(flag);//输入各进程已经分配的资源量，并求得还需要的资源量 do {flag=false;System.out.println("请输入各进程已经分配的资源量[Allocation]:");for(i=0;i<M;i++){for(j=0;j<N;j++){Allocation[i][j]=sc.nextInt();if(Allocation[i][j]>Max[i][j]){flag=true;}Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j];temp[j]+=Allocation[i][j];//统计已经分配给进程的资源数目}}if(flag){System.out.println("分配的资源大于最大量，请重新输入!");}}while(flag);//求得系统中可利用的资源量 for(j=0;j<N;j++){Available[j]=Available[j]-temp[j];}}//显示资源分配矩阵public void showdata(){int i,j;System.out.println("*************************************************************");System.out.println("系统目前可用的资源[Available]:");for(i=0;i<N;i++){System.out.print(NAME[i]+"  ");}System.out.println();for(j=0;j<N;j++){System.out.print(Available[j]+"  ");}System.out.println();System.out.println("系统当前的资源分配情况如下：");System.out.println("         Max          Allocation      Need");System.out.print("进程名     ");//输出与进程名同行的资源名，Max、Allocation、Need下分别对应for(j=0;j<3;j++){for(i=0;i<N;i++){System.out.print(NAME[i]+"  ");}System.out.print("     ");}System.out.println();//输出每个进程的Max、Allocation、Need for(i=0;i<M;i++){System.out.print("P"+i+"    ");for(j=0;j<N;j++){System.out.print(Max[i][j]+"  ");}System.out.print("     ");for(j=0;j<N;j++){System.out.print(Allocation[i][j]+"  ");}System.out.print("     ");for(j=0;j<N;j++){System.out.print(Need[i][j]+"  ");}System.out.println();}}//尝试分配资源public int test(int i){for(int j=0;j<N;j++){Available[j]=Available[j]-Request[j];Allocation[i][j]=Allocation[i][j]+Request[j];Need[i][j]=Need[i][j]-Request[j];}return 1;}//试探性分配资源作废，与test操作相反public int retest(int i){for(int j=0;j<N;j++){Available[j]=Available[j]+Request[j];Allocation[i][j]=Allocation[i][j]-Request[j];Need[i][j]=Need[i][j]+Request[j];}return 1;}//安全性算法public int safe(){int i,j,k=0,m,apply;for(j=0;j<N;j++)//初始化work {Work[j]=Available[j];}for(i=0;i<M;i++)//初始化Finish{Finish[i]=0;}for(i=0;i<M;i++){apply=0;for(j=0;j<N;j++){if(Finish[i]==0&&Need[i][j]<=Work[j]){apply++;//直到每类资源尚需数都小于系统可利用资源数才可分配if(apply==N){for(m=0;m<N;m++){Work[m]=Work[m]+Allocation[i][m];//更改当前可分配资源}Finish[i]=1;Security[k++]=i;i=-1; //保证每次查询均从第一个进程开始}}}}for(i=0;i<M;i++){if(Finish[i]==0){System.out.println("系统不安全！");return 0;}}System.out.println("系统安全！");System.out.println("存在一个安全序列：");for(i=0;i<M;i++){System.out.print("P"+Security[i]);if(i<M-1){System.out.print("->");}}System.out.println();return 1;}//银行家算法处理申请资源public void bank(){boolean flag=true;int i,j;System.out.println("请输入请求分配资源的进程号(0~"+(M-1)+"):");i=sc.nextInt();System.out.println("请输入进程P"+i+"要申请的资源个数:");for(j=0;j<N;j++){System.out.print(NAME[j]+":");Request[j]=sc.nextInt();//输入需要申请的资源}//判断银行家算法的前两条件是否成立for(j=0;j<N;j++){if(Request[j]>Need[i][j]){System.out.print("进程P"+i+"申请的资源大于系统现在可利用的资源");System.out.println("分配不合理，不予分配！");flag=false;break;}else{if(Request[j]>Available[j]){System.out.print("进程"+i+"申请的资源大于系统现在可利用的资源");System.out.println();System.out.println("系统尚无足够资源，不予分配!");flag=false;break;}}}if(flag){test(i);showdata();if(safe()!=1){retest(i);showdata();}}}//主函数public static void main(String[] args) {Banker b=new Banker();Scanner sc=new Scanner(System.in);String choice;System.out.println("*************************************************************");System.out.println("                                                       银行家算法的实现  ");System.out.println("*************************************************************");b.init();b.showdata();if(b.safe()!=1){System.exit(0);}do{System.out.println("*************************************************************");System.out.println("                     R(r):请求分配 ");System.out.println("                     E(e):退出        ");System.out.println("*************************************************************");System.out.print("请选择：");choice=sc.nextLine();switch(choice){case "r":case "R":b.bank();break;case "e":case "E":System.exit(0);//System.exit(0)是正常退出程序，System.exit(1)表示非正常退出程序。default:System.out.println("请正确选择！");break;}}while(choice!="");   }
}

七、程序运行展示

申请资源成功：

申请资源失败：

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