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银行家算法是避免死锁的一种重要方法，能够有效的在资源分配的过程中，对系统的安全性进行检测。
通过银行家算法设计与实现，可以加深对死锁的理解，掌握死锁的预防、避免、检测和解除的基本原理，重点掌握死锁的避免方法—银行家算法。初步具有研究、设计、编制和调试操作系统模块的能力。
实验
1.有录入界面，动态录入进程个数、资源种类数、诸进程对各类资源的最大需求、T0时刻系统为诸进程分配的资源数以及系统中各类资源的资源总数；
2.能够判断T0时刻系统是否安全，进程之间能否无死锁的运行下去，若能输出安全序列。
3.有输出界面，能够从录入界面模拟进程又提出新的申请，根据银行家算法判断请求是否能得到满足，并输出当前时刻下诸进程对各类资源的需求列表及系统可用资源数，若能输出安全序列，若不能分配输出无法分配的原因；
对整个程序的大致流程（见图一），输入资源种类数、进程数以及每个种类的最大资源数，对每个进程输入它的Max、Allocation等数据。利用银行家算法输出T0时刻的状态，然后对进程添加新的请求资源，利用安全性算法检验其安全性，然后输出此时的状态。
输出其初始化后的表格
使用安全性算法对T0时刻的资源分配情况进行分析，并输出其安全性序列：
该算法需要设置两个向量，工作向量Work，它表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源数目，在开始执行时，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。开始先做Finish[i] = false；当有足够资源分配给进程时，再另Finish[i] = true。从进程集合中找到一个满足两个条件的基础1.Finish[i] = false;2.Need[i,j] <= Work[j];若找到则改变Work和Finish的量，然后继续上一步。如果所有进程的Finish = true都满足，则系统是安全的，否则是不安全的。
安全性算法流程图
运行结果如下
分配一个请求资源p1，发出请求向量Request
采用银行家算法对资源分配情况进行分析，对请求进程进行其Request与Need和Available进行比较，并尝试分配资源。
银行家算法流程图
源码如下
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Scanner in = new Scanner(System.in);
boolean Choose = true;
String C;
System.out.println("请输入进程个数：");
int count = in.nextInt();
System.out.println("请输入资源种类数：");
int number = in.nextInt();
BankerAlgorithm T = new BankerAlgorithm(count,number);
T.start(count,number);
while (Choose) {
T.setRequest(count,number);
System.out.println("您是否还要进行资源请求：y/n?");
C = in.next();
if (C.equals("n")) {
Choose = false;
}
if(C.equals("y")){
Choose = true;
}
}
}
}
public class BankerAlgorithm {
int[] Available; // 系统可用资源
int[][] Max; // 进程需要资源的最大数目
int[][] Allocation; //进程当前已经获得资源的数目
int[][] need; //进程尚需的资源数
int[][] Request; //存放请求
int[] Work; //试分配
int[] tmp; //进程执行顺序
int num = 0; //进程编号
Scanner sc = new Scanner(System.in);
//含参构造函数，proc是进程数形参，sour是资源种类数形参
public BankerAlgorithm(int proc,int sour) {
Available = new int[sour];
Max = new int[proc][sour];
Allocation = new int[proc][sour];
need = new int[proc][sour];
Request = new int[proc][sour];
Work = new int[sour];
tmp = new int[proc];
}
//设置各初始系统变量，并判断是否处于安全状态
public void start(int proc,int sour) {
setAvailable(sour);
setMax(proc,sour);
setAllocation(proc,sour);
printSystemVariable(proc,sour); //打印矩阵
securityAlgorithm(proc,sour);
}
//设置Available数组
public void setAvailable(int sour){
System.out.println("请设置各资源总数：");
for (int i=0; i<sour; i++) {
Available[i] = sc.nextInt();
}
}
//设置Max矩阵
public void setMax(int proc, int sour) {
System.out.println("请设置各进程的最大需求矩阵：");
System.out.println("请输入各进程的最大资源需求量");
for (int i = 0; i < proc; i++) {
for (int j = 0; j < sour; j++) {
Max[i][j] = sc.nextInt();
}
}
}
//设置已分配资源矩阵Allocation
public void setAllocation(int proc, int sour) {
System.out.println("请设置各进程分配矩阵Alloction：");
System.out.println("请输入各进程的已分配资源量：");
for (int i = 0; i < proc; i++) {
for (int j = 0; j < sour; j++) {
Allocation[i][j] = sc.nextInt();
}
}
//修改这两个变量中的值
System.out.println("Available = Available - Allocation.");
System.out.println("Need = Max - Allocation.");
//设置Allocation矩阵
for (int i = 0; i < sour; i++) {
for (int j = 0; j < proc; j++) {
Available[i] = Available[i] - Allocation[j][i];
}
}
//设置need矩阵
for (int i = 0; i < proc; i++) {
for (int j = 0; j < sour; j++) {
need[i][j] = Max[i][j] - Allocation[i][j];
}
}
}
//打印矩阵
public void printSystemVariable(int proc, int sour) {
System.out.println("此时资源分配量如下：");
System.out.println("进程 "+" Max "+" Alloction "+" Need "+" Available ");
for (int i = 0; i < proc; i++) {
System.out.print("P"+i+" ");
for (int j = 0; j < sour; j++) {
System.out.print(Max[i][j]+" ");
}
System.out.println("| ");
for (int j = 0; j < sour; j++) {
System.out.print(Allocation[i][j]+" ");
}
System.out.println("+ ");
for (int j = 0; j < sour; j++) {
System.out.print(need[i][j] + " ");
}
System.out.println("+ ");
if (i == 0) {
for (int j = 0; j < sour; j++) {
System.out.println(Available[j]+" ");
}
}
System.out.println();
}
}
//设置请求资源量
public void setRequest(int proc, int sour) {
System.out.println("请输入请求资源的进程编号：");
num = sc.nextInt();//设置全局变量进程编号num,在开头
System.out.println("请输入请求各资源的数量：");
for (int i = 0; i < sour; i++) {
Request[num][i] = sc.nextInt();
}
String str = Arrays.toString(Request[num]);
System.out.println("即进程P" + num + "对各资源请求Request：(" +
str+")");
BankerAlgorithmReal(proc,sour);
}
//银行家算法
public void BankerAlgorithmReal(int proc, int sour) {
//定义布尔类型变量，如果银行家算法执行成功即true，就进行安全检查
boolean T = true;
int count = 0;
int number = 0;
//判断request是否小于need
for (int i = 0; i < sour; i++) {
if (Request[num][i] <= need[num][i]) {
count++;
}
}
//判断request是否小于available
for (int i = 0; i < sour; i++) {
if (Request[num][i] <= Available[i]) {
number++;
}
}
//执行第二步，改变数据
if (count == sour) {
if (number == sour) {
for (int i = 0; i < sour; i++) {
Available[i] -= Request[num][i];
Allocation[num][i] += Request[num][i];
need[num][i] -= Request[num][i];
}
}else {
System.out.println("当前系统没有多余资源可分配，请等待");
T = false;
}
}else {
System.out.println("进程P"+num+"请求的资源量已经超过最大需求量need");
T = false;
}
//现在是T == true了，要执行安全算法
int b = 0;
if (T) {
printSystemVariable(proc,sour);
System.out.println("现在进入安全算法");
boolean Q = securityAlgorithm(proc,sour);
if(!Q) {
System.out.println("进程" + num + "申请资源后，系统进入死锁状态，分配失败!");
for (int i = 0; i < sour; i++) {
Available[i] += Request[num][i];
Allocation[num][i] -= Request[num][i];
need[num][i] += Request[num][i];
}
}else {
for (int i = 0; i < sour; i++) {
if (need[num][i] == 0) { //说明已经不需要分配了
b++;
}
}
if(b == sour) {
for (int i = 0; i < sour; i++) {
Available[i] += Allocation[num][i];
}
printSystemVariable(proc, sour);
}
}
}
}
//安全性算法
public boolean securityAlgorithm(int proc, int sour) {
//初始化finish
boolean[] finish = new boolean[proc];
for (int i = 0; i < proc; i++) {
finish[i] = false;
}
boolean lable = false;
int apply; // 计数标志
int circle = 0;
int count = 0; // 完成进程数
if (sour >= 0) System.arraycopy(Available, 0, Work, 0, sour);
boolean flag = true;
while(count < proc) {
if (flag) {
System.out.println("进程 " + " Work " + " Alloction " + " Need " + " Work+Alloction "+" Finish");
flag = false;
}
//遍历进程
for (int i = 0; i < proc; i++) {
apply = 0;
for (int n = 0; n < sour; n++) {
//判断进程是否已分配成功
if (!finish[i] && need[i][n] <= Work[n]) {
// 若没有分配，且资源需求数小于可用资源数，输出
apply++;
if (apply == sour) {
System.out.print("P" + i + " ");
for (int m = 0; m < sour; m++) {
System.out.print(Work[m] + " ");
}
System.out.print("| ");
for (int j = 0; j < sour; j++) {
Work[j] += Allocation[i][j];
}
finish[i] = true;//当前进程能满足时，设为true
tmp[count] = i;
count++;//满足，进程数加1
for (int j = 0; j < sour; j++) {
System.out.print(Allocation[i][j] + " ");
}
System.out.print("| ");
for (int j = 0; j < sour; j++) {
System.out.print(need[i][j] + " ");
}
System.out.print("| ");
for (int j = 0; j < sour; j++) {
System.out.print(Work[j] + " ");
}
System.out.print("\t" + " | ");
System.out.print("\t" + finish[i]);
System.out.println();
}
}
}
}
circle++;
if (count == proc) {
lable = true;
System.out.println("系统是安全的");
System.out.print("此时存在一个安全序列：");
for (int i = 0; i < proc; i++) {
System.out.print("P" + tmp[i]);
if (i < proc - 1) {
System.out.print("->");
}
}
System.out.println();
break;
}
if (count < circle) {
count = proc;
lable = false;
for (int i = 0; i < proc; i++) {
if (!finish[i]) {
System.out.println("当前系统处于不安全状态,故不存在安全序列");
break;
}
}
}
}
return lable;
}
}
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