admin 管理员组

文章数量: 887017

目录

一、银行家算法概述

二、银行家算法需要的数组结构

三、算法概述

1.安全性算法

2.银行家算法

四、代码实现

五、实验结果验证


一、银行家算法概述

银行家算法(Banker's Algorithm)是一个避免死锁(Deadlock)的著名算法,是由艾兹格·迪杰斯特拉在1965年为T.H.E系统设计的一种避免死锁产生的算法。它以银行借贷系统的分配策略为基础,判断并保证系统的安全运行。

二、银行家算法需要的数组结构

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Rj类资源K个。

2)最大需求矩阵Max:这是一个n*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Rj类资源的最大数目为K。

3)分配矩阵Allocation:这也是一个n*m的矩阵,它定义了系统中的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Rj类资源的数目为K。

4)需求矩阵Need:这也是一个n*m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。

其中三个矩阵间存在下述关系:

Need[i,j] = Max[i,j] - allocation[i,j]

三、算法概述

1.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:
        ① 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;② 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:
        ① Finish[i]=false;
        ② Need[i,j]≤Work[j]; 若找到, 执行步骤3);否则,执行步骤4)。

(3)当进程Pi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:
        Work[j]=Work[i]+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。

2.银行家算法

设Requesti是进程Pi的请求向量,如果表示进程Pi需要K个Rj类型的资源。当Pi发出资源请求后,系统按下述步骤进行检查:

(1) 如果 ≤ Need[i,j],转向步骤(2),否则认为出错,因为它所需的资源数目已超过它所宣布的最大值。

(2) 若  ≤ Available[j],转向步骤(3),否则表示尚无足够资源,Pi必须等待。

(3) 系统尝试把资源分配给进程Pi,并修改下面数据结构中的数值:
Available[j] = Available[j] – 
Allocation[i,j] = Allocation[i,j] + 
Need[i,j] = Need[i,j] – 

(4) 系统执行安全性算法,检查此次分配后系统是否处于安全状态。若安全,才正式分配给Pi,完成此次分配;否则,此次试分配作废,恢复原来资源的分配状态,进程Pi等待。

四、代码实现

#include<iostream>
using namespace std;

const int p=5;//进程数
const int r=4;//资源种类

int num = 1;//需要分配资源的进程序号

void init_request(int request[r])
{
    //初始化request矩阵
    cout<<"Input the number of request:"<<endl;
    cin>>num;
    num-=1;//下标减1
    cout<<"Input the request vector:"<<endl;
    for(int i=0;i<r;i++)
        cin>>request[i];
}

void init_matrix(int maximum[p][r],int allocation[p][r],int need[p][r],int available[r],int request[r])
{
    //初始化函数
    cout<<"Input the Allocation matrix:"<<endl;
    for(int i=0;i<p;i++)
        for(int j=0;j<r;j++)
            cin>>allocation[i][j];
    cout<<"Input the Need matrix:"<<endl;
    for(int i=0;i<p;i++)
        for(int j=0;j<r;j++)
            cin>>need[i][j];
    //cout<<"Input the Max matrix:"<<endl;
    //Max矩阵可以由Need和Allocation矩阵推导得出
    //Max[i,j]= Need[i,j]+Allocation[i,j]
    for(int i=0;i<p;i++)
        for(int j=0;j<r;j++)
            maximum[i][j]=need[i][j]+allocation[i][j];
    cout<<"Input the available vector:"<<endl;
    for(int i=0;i<r;i++)
        cin>>available[i];
}

void output_func(int allocation[p][r],int need[p][r],int available[r])
{
    //输出函数
    cout<<endl<<"     "<<"Allocation"<<"     Need"<<"        Available"<<endl;
    for(int i=0;i<p;i++)
    {
        cout<<"P"<<i+1<<"   :";
        for(int j=0;j<r;j++)
        {
            cout<<allocation[i][j]<<' ';

        }
        cout<<"     ";
        for(int j=0;j<r;j++)
            cout<<need[i][j]<<' ';
        if(i==0)
        {
            cout<<"     ";
            for(int k=0;k<r;k++)
                cout<<available[k]<<' ';
        }
        cout<<endl;
    }
    cout<<endl;

}

bool compare(int need[],int work[])
{
    bool flg = 1;
    for(int i=0;i<r;i++)
    {
        //检查是否有大于的情况存在
        if(need[i]>work[i])
        {
            flg=0;
            break;
        }
    }
    return flg;
}

int check_security(int allocation[p][r],int need[p][r],int available[r])
{
    //安全性检查函数
    int finish[p] = {0};//初始化finish向量
    int work[r];  //拷贝available
    int lis[p];//用来记录安全时的队列
    int cnt=0;
    for(int i=0;i<r;i++)
        work[i] = available[i];//初始化work向量
    //序列分配
    //循环p次
    for(int m=0;m<p;m++)
    {
        for(int i=0;i<p;i++)
        {
            //如果当前进程执行完成,跳过
            if(finish[i] == 1)
                continue;
            //找到finish[i] = false
            else{
                //如果Need[i,j]<=Work[j]
                if(compare(need[i],work))
                {
                    for(int j=0;j<r;j++)
                        work[j]+=allocation[i][j];
                    finish[i] = 1;
                    lis[cnt++] = i+1;//将该状态放入安全状态队列中
                    break;
                }
            }
        }
    }
    int flag=1;
    for(int i=0;i<r;i++)
    {
        if(finish[i]==0)
        {
            flag = 0;
            break; //如果存在F的进程,表明系统处于不安全状态
        }
        else
            continue;
    }
    if(flag)
    {
         cout<<"系统处于安全状态!"<<endl;
         cout<<"安全序列为:";
         for(int i=0;i<p;i++)
            cout<<lis[i]<<' ';
         cout<<endl;
    }
    else cout<<"系统处于不安全状态!"<<endl;
    return flag;

}

void banker(int allocation[p][r],int need[p][r],int available[r],int request[r],int n)
{
    if(!compare(request,need[n]))
    {
        //如果存在Requesti[j]>Need[i][j],认为出错
        cout<<"出错!所需资源已超过所宣布的最大值!"<<endl;
        return ;
    }
    else{
        //银行家算法(1)没有出错
        if(!compare(request,available))
        {
            //如果存在Requesti[j]>Available[j],认为出错
            cout<<"尚无足够资源,必须等待!"<<endl;
            return ;
        }
        else{
            for(int j=0;j<r;j++)
            {
                available[j]-=request[j];
                allocation[n][j]+=request[j];
                need[n][j]-=request[j];
            }
            if(check_security(allocation,need,available))
            {
                cout<<"安全!将资源正式分配"<<endl;
            }
            else
            {
                cout<<"不安全!资源分配作废!恢复以前状态"<<endl;
                for(int j=0;j<r;j++)
                {
                    need[n][j]+=request[j];
                    allocation[n][j]-=request[j];
                    available[j]+=request[j];
                }
            }
        }
    }
    output_func(allocation,need,available);

}

int main()
{
    int maximum[p][r],allocation[p][r],need[p][r];
    int available[r],request[r];
    init_matrix(maximum,allocation,need,available,request);
    cout<<endl<<"检查T0时刻系统是否处于安全状态..."<<endl;
    check_security(allocation,need,available);
    int flag = 1;
    while(flag)
    {
        cout<<endl<<"对请求资源进行银行家算法检查..."<<endl;
        init_request(request);//初始化request矩阵
        banker(allocation,need,available,request,num);
        cout<<"是否继续输入?(输入0退出):";
        cin>>flag;
    }

    return 0;
}
/*测试数据
0 0 3 2
1 0 0 0
1 3 5 4
0 3 3 2
0 0 1 4
0 0 1 2
1 7 5 0
2 3 5 6
0 6 5 2
1 6 5 6
1 6 2 2
*/

五、实验结果验证

1.能安全分配的情况


 

 

2.分配不安全情况(注意一定要恢复原来的状态)

 3.需要的资源超过自己需要的最大值

 4.尚无足够资源,需等待分配

 

本文标签: 银行家 算法