银行家算法实现（操作系统实验）

#include <string.h>
#include<iostream.h>
#define FALSE 0
#define TRUE 1
#define W 10
#define R 20int M;
int N;
int ALL_RESOURCE[W];
int AVAILABLE[R];
int MAX[W][R];
int ALLOCATION[W][R];  //分配矩阵
int NEED[W][R];        //需求矩阵
int Request[R];
void inputdata();
void showdata();
void changedata(int k);
void restoredata(int k);
int checksec(int s);
int checkmax(int s);
void bank();void main()
{int j,i;inputdata();for(i=0;i<M;i++){j=checksec(i);if(j==0)break;}if(i>=M)cout<<"错误提示，系统的初始状态不安全"<<endl;else{cout<<"提示：系统的初始状态安全"<<endl;bank();}
}
void inputdata()
{int i=0,j=0,p;cout<<"请输入总进程数"<<endl;do{cin>>M;if(M>W)cout<<"总进程数超过了程序允许的最大进程数，请重新输入： "<<endl;}while(M>W);cout<<endl;cout<<"请输入资源的种类数："<<endl;do{cin>>N;if(N>R)cout<<"资源的种类数超过了程序允许的最大资源种类数，请重新输入： "<<endl;}while(N>R);cout<<"请输入各类资源的总数量"<<endl;for(i=0;i<N;i++)cin>>ALL_RESOURCE[i];cout<<endl;cout<<"请输入各进程所需要的最大资源数量，max矩阵"<<endl;for(i=0;i<M;i++){for(j=0;j<N;j++){do{cin>>MAX[i][j];if(MAX[i][j]>ALL_RESOURCE[j])cout<<"该最大资源数量超过其声明的该资源总数，请重新输入： "<<endl;} while(MAX[i][j]>ALL_RESOURCE[j]);}}cout<<endl<<"输入该时刻各进程已经占据的各类资源数量"<<endl;for(i=0;i<M;i++){for(j=0;j<N;j++){do{cin>>ALLOCATION[i][j];if(ALLOCATION[i][j]>MAX[i][j])cout<<"已占有的资源数量超过了声明的最大资源数，请重新输入： "<<endl;} while(ALLOCATION[i][j]>MAX[i][j]);}}cout<<endl;for(i=0;i<M;i++)for(j=0;j<N;j++)NEED[i][j]=MAX[i][j]-ALLOCATION[i][j];//need矩阵计算for(j=0;j<N;j++){     p=ALL_RESOURCE[j];for(i=0;i<M;i++){  p=p-ALLOCATION[i][j];//剩余资源计算AVAILABLE[j]=p;if(AVAILABLE[j]<0)AVAILABLE[j]=0;}}}
void showdata()
{int i,j;cout<<"各种资源的总数量为： "<<endl;for(j=0;j<N;j++)cout <<"资源"<<j<<" : "<<ALL_RESOURCE[j]<<" ";cout<<endl;cout<<"当前各类资源可用量："<<endl;for(j=0;j<N;j++)cout <<"资源"<<j<<" : "<<AVAILABLE[j]<<" ";cout<<endl;cout<<"各进程还需矩阵矩阵为： "<<endl;for(i=0;i<M;i++){cout<<"进程P"<<i<<": ";for(j=0;j<N;j++)cout<<NEED[i][j]<<"   ";cout<<endl;}cout<<endl;cout<<"各进程已经得到的资源矩阵为： "<<endl;for(i=0;i<M;i++){cout<<"进程P"<<i<<": ";for(j=0;j<N;j++)cout<<ALLOCATION[i][j]<<"   ";cout<<endl;}cout<<endl;}
void show(){int i,j;cout<<"当前各类资源可用量："<<endl;for(j=0;j<N;j++)cout <<"资源"<<j<<" : "<<AVAILABLE[j]<<" ";cout<<endl;cout<<"各进程还需矩阵矩阵为： "<<endl;for(i=0;i<M;i++){cout<<"进程P"<<i<<": ";for(j=0;j<N;j++)cout<<NEED[i][j]<<"   ";cout<<endl;}cout<<endl;}void changedata(int k)
{int j;for(j=0;j<N;j++){AVAILABLE[j]=AVAILABLE[j]-Request[j];ALLOCATION[k][j]=ALLOCATION[k][j]+Request[j];NEED[k][j]=NEED[k][j]-Request[j];}
}void restoredata(int k)
{int j;for(j=0;j<N;j++){AVAILABLE[j]=AVAILABLE[j]+Request[j];ALLOCATION[k][j]=ALLOCATION[k][j]-Request[j];NEED[k][j]=NEED[k][j]+Request[j];}
}int checksec(int s)
{  int FINISH[W];int i,j;int replace[R];for(j=0;j<N;j++)replace[j]=AVAILABLE[j];for(i=0;i<M;i++)FINISH[i]=FALSE;int k=M;while(k--){for(i=0;i<M;i++){if(FINISH[i]==FALSE){int x=1;for(j=0;j<N;j++){if(NEED[i][j]>replace[j]){ x=0;break;}}if(x==1){FINISH[i]=TRUE;for(j=0;j<N;j++){replace[j]+=ALLOCATION[i][j];}cout<<"P"<<i<<"  ";  }}}
}int judge=1;for(i=0;i<M;i++)if(FINISH[i]==FALSE){ judge=0;cout<<"该状态不安全"<<endl;return 1;}if(judge==1)cout<<"该状态安全"<<endl;show();return 0;}
/*   for(i=0;i<M;i++){if()for(j=0;j<N;j++){WORK=AVAILABLE[j];if (NEED[i][j]>=WORK)}}for(j=0;j<N;j++){WORK=AVAILABLE[j];i=s;do{  if(FINISH[i]==FALSE&&NEED[i][j]<=WORK){WORK=WORK+ALLOCATION[i][j];FINISH[i]=TRUE;i=0;}else{ i++;}}while(i<M);for(i=0;i<M;i++)if(FINISH[i]=FALSE){ return 1;}  }
*/int checkmax(int s)
{ int j,flag=1;for(j=0;j<N;j++){if(MAX[s][j]>ALLOCATION[s][j]){ flag=0;//AVAILABLE[j]=AVAILABLE[j]+MAX[s][j];//    MAX[s][j]=0;}   } if (flag==1){for(j=0;j<N;j++){AVAILABLE[j]=AVAILABLE[j]+MAX[s][j];MAX[s][j]=0;}}return flag;
}void bank()
{int i=0,j=0;char flag='Y';while(flag=='Y'||flag=='y'){i=-1;while(i<0||i>=M){cout<<"请输入需申请资源的进程号（从P0到P"<<M-1<<",否则重新输入：";cout<<"p";cin>>i;if(i<0||i>=M)cout<<"输入的进程号不存在，请重新输入"<<endl;}cout<<"请输入进程P"<<i<<"申请的资源数："<<endl;for(j=0;j<N;j++){cout<<"资源"<<j<<":";cin>>Request[j];if(Request[j]>NEED[i][j]){cout<<"进程 P"<<i<<" 申请的资源数大于系统可用"<<i<<"还需要"<<j<<"类资源的资源量";cout<<"申请不合理出错请重新选择"<<endl<<endl;flag='N';break;}else{if(Request[j]>AVAILABLE[j]){cout<<"进程P"<<i<<"申请的资源数大于系统可用"<<j<<"类资源的资源量";cout<<"申请不合理，出错！请重新选择"<<endl;flag='N';break;}}}if(flag=='Y'||flag=='y'){   changedata(i);if (checksec(i)){cout<<endl;cout<<"该分配导致系统不安全，本次申请不成功，不予分配"<<endl;cout<<endl;restoredata(i);}else{cout<<endl;//  cout<<"经安全检查，系统安全，分配成功，资源分配如下";showdata();if(checkmax(i)){cout<<" 资源分配成功后，该进程最大需求量满足  "<<endl;cout<<" 该进程结束后 回收资源"<<endl;cout<<" 资源回收后，各进程的资源需求和分配情况如下所示"<<endl;showdata();}}}cout<<endl;cout<<"是否继续银行家算法演示，按Y或y键继续，按N键退出";cin>>flag;}}

1．银行家算法中的数据结构

为了实现银行家算法，在系统中必须设置这样四个数据结构，分别用来描述系统中可利用的资源、所有进程对资源的最大需求、系统中的资源分配，以及所有进程还需要多少资源的情况。

(1)可利用资源向量Available。这是一个含有m个元素的数组，其中的每一个元素代表一类可利用的资源数目，其初始值是系统中所配置的该类全部可用资源的数目，其数值随该类资源的分配和回收而动态地改变。如果Available[j]=K，则表示系统中现有R,类资源K个。

(2)最大需求矩阵 Max。这是一个nx m的矩阵，它定义了系统中n个进程中的每一个进程对m类资源的最大需求。如果Max[i,j]=K，则表示进程i需要R类资源的最大数目为K。

(3)分配矩阵 Allocation。这也是一个nxm的矩阵，它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一进程的资源数。如果 Allocation[i,j]=K，则表示进程i当前已分得R;类资源的数目为K。

(4）需求矩阵 Need。这也是一个nxm的矩阵，用以表示每一个进程尚需的各类资源数。如果 Need[i,j]=K，则表示进程i还需要Rj类资源K个方能完成其任务。

上述三个矩阵间存在下述关系:

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

2.银行家算法

设Request ;是进程P的请求向量，如果 Request:[i]=K，表示进程P,需要K个R类型的资源。当P发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查:

(1)如果 Request;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数已超过它所宣布的最大值。

(2)如果 Request;ji]≤Available[i]，便转向步骤(3):否则，表示尚无足够资源，Р ﹔须等待。

(3)系统试探着把资源分配给进程P，并修改下面数据结构中的数值:

Available[j] =Available[j]- Request [jl;

Allocation[i, j] = Allocation[i,j] + Request;l;Need[i, j] = Need[i,j]- Request l];

(4)系统执行安全性算法，检查此次资源分配后系统是否处于安全状态。若安全，才正式将资源分配给进程P，以完成本次分配;否则，将本次的试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程P等待。

3.安全性算法

系统所执行的安全性算法可描述如下:

(1)设置两个向量:

工作向量Work，它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目，它含有m个元素，在执行安全算法开始时，Work := Available; Finish:它表示系统是否有足够的资源分配给进程，使之运行完成。开始时先做Finish[i] := false;当有足够资源分配给进程时，再令Finish[i]:= true.

(2)从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程:Finish[i]=false;

Need[i,j]≤Work[j];

若找到，执行步骤(3)，否则，执行步骤(4)。

(3)当进程P获得资源后，可顺利执行，直至完成，并释放出分配给它的资源，故应执行:

Workj] = Work[j]+Allocation[i,j];Finish[i]=true;

go to step 2;

(4)如果所有进程的 Finish[i]=true 都满足，则表示系统处于安全状态;否则，系统处于不安全状态。

将测试数据输入

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