资源分配----银行家算法

一、实验目的
模拟实现银行家算法，用银行家算法实现资源分配和安全性检查。通过本次实验，使学生加深对死锁概念的理解和掌握，并培养学生对操作系统课程的兴趣与高级语言设计的能力。

二、实验内容 1、要求
设计五个进程{P0···P4}共享三类资源{A，B，C}的系统，每一种资源数量为10，5，7。进程可动态的申请和释放资源，系统按各进程的申请动态地分配资源，在T0时刻的资源分配情况如下表：

Name       Max        Allocation       Need       Available
P0        7，5，3       0，1，0       7，4，3        3，3，2
P1        3，2，2       2，0，0       1，2，2
P2        9，0，2       3，0，2       6，0，0
P3        2，2，2       2，1，1       0，1，1
P4        4，3，3       0，0，2       4，3，1

(1) 银行家算法的数据结构
•Resource:一个长度为m向量,表示系统拥有的资源数目。
•Available：一个长度为m向量，表示每类资源的可用数目。
•Max：一个m×n矩阵，定义每个进程的最大资源需求数。
•Allocation：一个m×n矩阵，定义当前分配给每个进程每类资源的数目。
•Need：一个m×n矩阵，表示每个进程还需多少资源。

(2) 实现银行家算法设：Requesti是进程Pi的请求向量。
当Pi发出资源请求后，系统按如下步骤进行检查：
•如果Request[j] Need[i][j] 则go to 2,否则认为出错。
•如果Request[j] < Available[i][j] 则go to 3，否则表示无足够资源， Pi等待。
•系统进行试探分配，并求该相应数据结构数据
Available：= Available- Requesti
Allocationi：= Allocationi+ Requesti
Needi：= Needi-Requesti
•系统执行安全性算法：安全，把资源分配给Pi，否则， Pi等待。

(3) 实现安全性算法
•设Work 和 Finish是长度分别为m,n的向量
初试值Work =Available ，Finishi = False（所有）
•从进程集合中找到一个能满足下列条件的进程
a. Finishi= False
b. Needi Work 如找到go to 3 否则 go to 4
•当进程Pi 获得资源后，顺利执行，直至完成，并释放分配给它的资源。
Work = Work+ Allocationi
Finishi：= True go to 2
•如果所有进程的Finishi= True 则表示系统安全，否则为不安全。

一、系统安全性检查模块

方案一（不利用goto语句）：

//判断系统的安全性
int judSystemSecurity()
{int i;//更新系统可利用资源量for (i = 0; i < resourseType; i++){work[i] = available[i];}int allFinish = 0;//把未完成进程置为0for (i = 0; i < customerNumber; i++){//判断当前进程是否已经完成并且可以回收资源//如果已经全部完成if (isFinish(i)){Finish[i] = 1;allFinish++;}else{Finish[i] = 0;}}int r = 0;//表示当前要判断是否要进行预分配的进程的下标int safeIndex = 0;//安全序列的下标int temp = 0;//临时变量int pNum = 0;//保存临时变量的个数//预分配开始，当进程没有全部完成时，一直执行循环while (allFinish != customerNumber){num = 0;//判断是否可以预分配for (i = 0; i < resourseType; i++){if (need[r][i] <= work[i] && Finish[r] == 0)//判断是否可以预分配{num++;}}//可以预分配if (num == resourseType){//输出进程Pr的各项信息SafeInfo(work, r);//回收资源for (i = 0; i < resourseType; i++){work[i] = work[i] + allocation[r][i];}//完成的进程数增加allFinish++;//保存安全序列safeSeries[safeIndex] = r;safeIndex++;//当前进程安全Finish[r] = 1;}r++;//该式必须在此处 if (r >= customerNumber){r = r % customerNumber;if (temp == allFinish)//temp记录的是上一次循环分配后所有的进程完成数，将上一次进程数跟这次预分配后的进程数{                    //进行对比，如果相等，则是不安全的情况，直接break；否则是安全的情况，继续执行break;}temp = allFinish;//更新完成的进程数}pNum = allFinish;//保存安全序列的个数}//判断系统是否安全for (i = 0; i < customerNumber; i++){if (Finish[i] == 0){return 0;}}//打印安全序列printf("\n安全序列为：");for (i = 0; i < customerNumber; i++){if (isFinish(i)){pNum--;}}for (i = 0; i < pNum; i++){printf("%d ", safeSeries[i]);}return 1;
}

方案二（利用goto语句）：

//方案二，利用goto语句
int judSystemSecurity_1()
{int i, j;for (i = 0; i < resourseType; i++){work[i] = available[i];}for (i = 0; i < customerNumber; i++){if (isFinish(i)){Finish[i] = 1;}else{Finish[i] = 0;}}int safeIndex = 0;NEXT:for (i = 0; i < customerNumber; i++){if (Finish[i] == 0){for (j = 0; j < resourseType; j++){if (need[i][j] > work[j]){break;}}//已完全执行if (j == resourseType){Finish[i] = 1;SafeInfo(work, i);safeSeries[safeIndex++] = i;//回收资源for (j = 0; j < resourseType; j++){work[j] += allocation[i][j];}goto NEXT;}}}int pNum = 0;for (i = 0; i < customerNumber; i++){if (Finish[i] == 0){return 0;}else{pNum++;}}//打印安全序列printf("\n安全序列为：");for (i = 0; i < customerNumber; i++){if (isFinish(i))//统计没完全执行的进程数{pNum--;}}for (i = 0; i < pNum; i++){printf("%d ", safeSeries[i]);}return 1;
}

二、资源申请模块：

//判断进程资源请求的安全性
void judRequestSecurity()
{//输入预分配的资源编号和各类资源量int curProcess;printf("请输入预分配资源的进程的编号：");scanf("%d", &curProcess);getchar();int i;for (i = 0; i < resourseType; i++){printf("请输入给 P%d 预分配的第 %d 类资源量：", curProcess, i + 1);scanf("%d", &request[i]);getchar();}//作为安全性的判断变量num = 0;//进行判断预分配是否合理for (i = 0; i < resourseType; i++){if (request[i] > need[curProcess][i]){printf("\n分配错误！请求分配资源量大于所需要的资源量！\n");printf("\nRESOURCE INSECURITY!!!\n\nCUSTOMER P%d CAN NOT OBTAIN RESOURCES IMMEDIATELY\n\n", curProcess);return;}else if (request[i] > available[i]){printf("\n分配错误！请求分配资源量大于可利用资源量！\n");printf("\nRESOURCE INSECURITY!!!\n\nCUSTOMER P%d CAN NOT OBTAIN RESOURCES IMMEDIATELY\n\n", curProcess);return;}else{num++;}}//分配合理,则试探性地分配if (num == resourseType){num = 0;for (i = 0; i < resourseType; i++){available[i] -= request[i];allocation[curProcess][i] += request[i];need[curProcess][i] -= request[i];if (need[curProcess][i] == 0){num++;}}//分配合理并且此次分配后该进程执行结束，回收资源if (num == resourseType){for (i = 0; i < resourseType; i++){available[i] += allocation[curProcess][i];}printf("\n进程 P%d 执行完毕，所占用资源全部释放！\n", curProcess);}else{printf("\n进程 P%d 未执行完毕，等待\n", curProcess);}}//检查分配后系统是否安全，如果不安全，则收回分配的资源printf("\n------------------------------------------------------------------------------------\n");printf("当前系统各类资源剩余量：");for (int i = 0; i < resourseType; i++){printf("%d ", available[i]);}printf("\n\n当前系统进程状况：\n");printf(" Name\t Work\t Need\tAllocation\tWork+Allocation\t Finish\n");if (!judSystemSecurity_1()){for (i = 0; i < resourseType; i++){available[i] += request[i];allocation[curProcess][i] -= request[i];need[curProcess][i] += request[i];}printf("\n\nRESOURCE INSECURITY!!!\n\nCUSTOMER P%d CAN NOT  OBTAIN RESOURCES IMMEDIATELY", curProcess);}else{printf("\n\nRESOURCE SECURITY!!!\n\nCUSTOMER P%d CAN OBTAIN RESOURCES IMMEDIATELY", curProcess);}printf("\n------------------------------------------------------------------------------------\n");return;
}

三、完整代码演示：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>//系统中每种资源的可利用资源数
int available[100] = { 0 };
//进程的最大需求资源数
int max[100][100] = { 0 };
//系统刚开始每个进程已占用资源数
int allocation[100][100] = { 0 };
//每个进程还需要的资源数
int need[100][100] = { 0 };
//判断每个进程是否安全
int Finish[100] = { 0 };
//安全序列号
int safeSeries[100];
//进程请求资源量
int request[100];
//资源计数变量，便于判断安全性
int num;
//系统当前可分配资源量
int work[1000];
//资源种类数和进程数
int resourseType, customerNumber;
//作为是否输入数据的判断变量
int flag = 0;//函数声明
int isFinish(int row);
void SafeInfo(int* work, int index);
int judSystemSecurity();
int judSystemSecurity_1();
void judRequestSecurity();
void showMenu();
void keyDown();
void InitStastic();//函数定义
int isFinish(int row)
{int j;for (j = 0; j < resourseType; j++){if (need[row][j] != 0){return 0;}}return 1;
}//进程资源输出
void SafeInfo(int* work, int index)
{int j;printf(" P%d\t", index);for (j = 0; j < resourseType; j++){printf("%d ", work[j]);}printf("\t ");for (j = 0; j < resourseType; j++){printf("%d ", need[index][j]);}printf("\t  ");for (j = 0; j < resourseType; j++){printf("%d ", allocation[index][j]);}printf("\t  ");for (j = 0; j < resourseType; j++){printf("%d ", allocation[index][j] + work[j]);}printf("\t  T");printf("\n");return;
}//方案二，利用goto语句
int judSystemSecurity_1()
{int i, j;for (i = 0; i < resourseType; i++){work[i] = available[i];}for (i = 0; i < customerNumber; i++){if (isFinish(i)){Finish[i] = 1;}else{Finish[i] = 0;}}int safeIndex = 0;NEXT:for (i = 0; i < customerNumber; i++){if (Finish[i] == 0){for (j = 0; j < resourseType; j++){if (need[i][j] > work[j]){break;}}//已完全执行if (j == resourseType){Finish[i] = 1;SafeInfo(work, i);safeSeries[safeIndex++] = i;//回收资源for (j = 0; j < resourseType; j++){work[j] += allocation[i][j];}goto NEXT;}}}int pNum = 0;for (i = 0; i < customerNumber; i++){if (Finish[i] == 0){return 0;}else{pNum++;}}//打印安全序列printf("\n安全序列为：");for (i = 0; i < customerNumber; i++){if (isFinish(i))//统计没完全执行的进程数{pNum--;}}for (i = 0; i < pNum; i++){printf("%d ", safeSeries[i]);}return 1;
}//判断系统的安全性
int judSystemSecurity()
{int i;//更新系统可利用资源量for (i = 0; i < resourseType; i++){work[i] = available[i];}int allFinish = 0;//把未完成进程置为0for (i = 0; i < customerNumber; i++){//判断当前进程是否已经完成并且可以回收资源//如果已经全部完成if (isFinish(i)){Finish[i] = 1;allFinish++;}else{Finish[i] = 0;}}int r = 0;//表示当前要判断是否要进行预分配的进程的下标int safeIndex = 0;//安全序列的下标int temp = 0;//临时变量int pNum = 0;//保存临时变量的个数//预分配开始，当进程没有全部完成时，一直执行循环while (allFinish != customerNumber){num = 0;//判断是否可以预分配for (i = 0; i < resourseType; i++){if (need[r][i] <= work[i] && Finish[r] == 0)//判断是否可以预分配{num++;}}//可以预分配if (num == resourseType){//输出进程Pr的各项信息SafeInfo(work, r);//回收资源for (i = 0; i < resourseType; i++){work[i] = work[i] + allocation[r][i];}//完成的进程数增加allFinish++;//保存安全序列safeSeries[safeIndex] = r;safeIndex++;//当前进程安全Finish[r] = 1;}r++;//该式必须在此处 if (r >= customerNumber){r = r % customerNumber;if (temp == allFinish)//temp记录的是上一次循环分配后所有的进程完成数，将上一次进程数跟这次预分配后的进程数{                    //进行对比，如果相等，则是不安全的情况，直接break；否则是安全的情况，继续执行break;}temp = allFinish;//更新完成的进程数}pNum = allFinish;//保存安全序列的个数}//判断系统是否安全for (i = 0; i < customerNumber; i++){if (Finish[i] == 0){return 0;}}//打印安全序列printf("\n安全序列为：");for (i = 0; i < customerNumber; i++){if (isFinish(i)){pNum--;}}for (i = 0; i < pNum; i++){printf("%d ", safeSeries[i]);}return 1;
}//判断进程资源请求的安全性
void judRequestSecurity()
{//输入预分配的资源编号和各类资源量int curProcess;printf("请输入预分配资源的进程的编号：");scanf("%d", &curProcess);getchar();int i;for (i = 0; i < resourseType; i++){printf("请输入给 P%d 预分配的第 %d 类资源量：", curProcess, i + 1);scanf("%d", &request[i]);getchar();}//作为安全性的判断变量num = 0;//进行判断预分配是否合理for (i = 0; i < resourseType; i++){if (request[i] > need[curProcess][i]){printf("\n分配错误！请求分配资源量大于所需要的资源量！\n");printf("\nRESOURCE INSECURITY!!!\n\nCUSTOMER P%d CAN NOT OBTAIN RESOURCES IMMEDIATELY\n\n", curProcess);return;}else if (request[i] > available[i]){printf("\n分配错误！请求分配资源量大于可利用资源量！\n");printf("\nRESOURCE INSECURITY!!!\n\nCUSTOMER P%d CAN NOT OBTAIN RESOURCES IMMEDIATELY\n\n", curProcess);return;}else{num++;}}//分配合理,则试探性地分配if (num == resourseType){num = 0;for (i = 0; i < resourseType; i++){available[i] -= request[i];allocation[curProcess][i] += request[i];need[curProcess][i] -= request[i];if (need[curProcess][i] == 0){num++;}}//分配合理并且此次分配后该进程执行结束，回收资源if (num == resourseType){for (i = 0; i < resourseType; i++){available[i] += allocation[curProcess][i];}printf("\n进程 P%d 执行完毕，所占用资源全部释放！\n", curProcess);}else{printf("\n进程 P%d 未执行完毕，等待\n", curProcess);}}//检查分配后系统是否安全，如果不安全，则收回分配的资源printf("\n------------------------------------------------------------------------------------\n");printf("当前系统各类资源剩余量：");for (int i = 0; i < resourseType; i++){printf("%d ", available[i]);}printf("\n\n当前系统进程状况：\n");printf(" Name\t Work\t Need\tAllocation\tWork+Allocation\t Finish\n");if (!judSystemSecurity_1()){for (i = 0; i < resourseType; i++){available[i] += request[i];allocation[curProcess][i] -= request[i];need[curProcess][i] += request[i];}printf("\n\nRESOURCE INSECURITY!!!\n\nCUSTOMER P%d CAN NOT  OBTAIN RESOURCES IMMEDIATELY", curProcess);}else{printf("\n\nRESOURCE SECURITY!!!\n\nCUSTOMER P%d CAN OBTAIN RESOURCES IMMEDIATELY", curProcess);}printf("\n------------------------------------------------------------------------------------\n");return;
}//菜单
void showMenu()
{printf("  ====================菜单栏=====================\n");printf("\n\t       0、input datas\n");printf("\n\t       1、judge the system security\n");printf("\n\t       2、judge the request security\n");printf("\n\t       3、quit\n");printf("\n  ===============================================\n");return;
}//检测用户按键输入
void keyDown()
{NEXT:;int hit;printf("请输入你的选择：");scanf("%d", &hit);switch (hit){case 0:NEXT_1:flag = 1;InitStastic();break;case 1://判断系统安全性if (flag){printf("\n------------------------------------------------------------------------------------\n");printf("当前系统各类资源剩余量：");for (int i = 0; i < resourseType; i++){printf("%d ", available[i]);}printf("\n\n当前系统进程状况：\n");printf(" Name\t Work\t Need\tAllocation\tWork+Allocation\t Finish\n");if (judSystemSecurity_1()){printf("\n\nSYSTEM SECURITY!!!");}else{printf("\n\nSYSTEM  INSUFFICIENT!!!");}printf("\n------------------------------------------------------------------------------------\n");}else{printf("还未输入数据！请先输入相关数据\n");goto NEXT_1;}break;case 2://判断进程请求的安全性if (flag){judRequestSecurity();}else{printf("还未输入数据！请先输入相关数据\n");goto NEXT_1;}break;case 3://退出printf("\n正常退出！\n");exit(-1);default:printf("\n输入错误，请重新输入指令！\n");system("pause");system("cls");showMenu();goto NEXT;break;}
}void InitStastic()
{printf("Input the type of resource and number of customer:\n");scanf("%d%d", &resourseType, &customerNumber);getchar();printf("\nInput the amount of resource (maximum , allocated) of each customer:\n");int i, j;for (i = 0; i < customerNumber; i++){for (j = 0; j < resourseType; j++){printf("请输入进程 P%d 的第 %d 类资源的最大需求量：", i, j + 1);scanf("%d", &max[i][j]);getchar();}printf("\n\n");for (j = 0; j < resourseType; j++){printf("请输入进程 P%d 的第 %d 类资源的已占用资源量：", i, j + 1);scanf("%d", &allocation[i][j]);getchar();}printf("\n\n");for (j = 0; j < resourseType; j++){need[i][j] = max[i][j] - allocation[i][j];}}printf("\nInput  the amout of  resources(available):\n");for (i = 0; i < resourseType; i++){printf("请输入第%d类资源的可利用量：", i + 1);scanf("%d", &available[i]);getchar();}printf("\n数据录入成功！\n");return;
}int main(int argc, char* argv[])
{while (1){showMenu();keyDown();system("pause");system("cls");}return 0;
}

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操作系统-资源分配银行家算法

资源分配----银行家算法

一、系统安全性检查模块

二、资源申请模块：

三、完整代码演示：

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