一、实验内容
银行家算法的实现。
二、实验目的
银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。在避免死锁方法中允许进程动态地申请资源，但系统在进行资源分配之前，应先计算此次分配资源的安全性，若分配不会导致系统进入不安全状态，则分配，否则等待。通过编写一个模拟动态资源分配的银行家算法程序，帮助学生进一步深入理解死锁、产生死锁的必要条件、安全状态等重要概念，并掌握避免死锁的具体实施方法。
三、实验原理
3.1、银行家算法中的数据结构
1）可利用资源向量Available
是个含有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。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。
Need［i,j］=Max［i,j］-Allocation［i,j］
3.2、银行家算法
设Requesti是进程Pi的请求向量，如果Requesti［j］=K，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Requesti［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最大值。
(2)如果Requesti［j］≤Available［j］，便转向步骤(3)；否则，表示尚无足够资源，Pi须等待。
(3)系统试探着把资源分配给进程Pi，并修改下面数据结构中的数值：
Available［j］=Available［j］-Requesti［j］;
Allocation［i,j］=Allocation［i,j］+Requesti［j］;
Need［i,j］=Need［i,j］-Requesti［j］;
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Pi，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Pi等待。
3.3、安全性算法
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;
工作向量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 (3)，否则，执行 (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
四、算法流程图
五、源程序及注释
#include <iostream>
using namespace std;
//全局变量定义
int Available[100]; //可利用资源数组
int Max[50][100]; //最大需求矩阵
int Allocation[50][100]; //分配矩阵
int Need[50][100]; //需求矩阵
int Request[50][100]; //M个进程还需要N类资源的资源量
int Finish[50];
int p[50];
int m,n; //M个进程,N类资源
//安全性算法
int Safe()
{
int i,j,l=0;
int Work[100]; //可利用资源数组
for (i=0;i<n;i++)
Work[i]=Available[i];
for (i=0;i<m;i++)
Finish[i]=0;
for (i=0;i<m;i++)
{
if (Finish[i]==1)
continue;
else
{
for (j=0;j<n;j++)
{
if (Need[i][j]>Work[j])
break;
}
if (j==n)
{
Finish[i]=1;
for(int k=0;k<n;k++)
Work[k]+=Allocation[i][k];
p[l++]=i;
i=-1;
}
else continue;
}
if (l==m)
{
cout<<"系统是安全的"<<'\n';
cout<<"系统安全序列是:\n";
for (i=0;i<l;i++)
{
cout<<p[i];
if (i!=l-1)
cout<<"-->";
}
cout<<'\n';
return 1;
}
}
}
/
//银行家算法
int main()
{
int i,j,mi;
cout<<"输入进程的数目:\n";
cin>>m;
cout<<"输入资源的种类:\n";
cin>>n;
cout<<"输入每个进程最多所需的各类资源数,按照"<<m<<"x"<<n<<"矩阵输入\n";
for (i=0;i<m;i++)
for(j=0;j<n;j++)
cin>>Max[i][j];
cout<<"输入每个进程已经分配的各类资源数,按照"<<m<<"x"<<n<<"矩阵输入\n";
for (i=0;i<m;i++)
{
for(j=0;j<n;j++)
{
cin>>Allocation[i][j];
Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j];
if (Need[i][j]<0)
{
cout<<"你输入的第"<<i+1<<"个进程所拥有的第"<<j+1<<"个资源错误，请重新输入:\n";
j--;
continue;
}
}
}
cout<<"请输入各个资源现有的数目:\n";
for (i=0;i<n;i++)
cin>>Available[i];
Safe();
while (1)
{
cout<<"输入要申请的资源的进程号：（第一个进程号为0，第二个进程号为1，依此类推）\n";
cin>>mi;
cout<<"输入进程所请求的各个资源的数量\n";
for (i=0;i<n;i++)
cin>>Request[mi][i];
for (i=0;i<n;i++)
{
if (Request[mi][i]>Need[mi][i])
{
cout<<"所请求资源数超过进程的需求量！\n";
return 0;
}
if (Request[mi][i]>Available[i])
{
cout<<"所请求资源数超过系统所有的资源数！\n";
return 0;
}
}
for (i=0;i<n;i++)
{
Available[i]-=Request[mi][i];
Allocation[mi][i]+=Request[mi][i];
Need[mi][i]-=Request[mi][i];
}
if (Safe())
cout<<"同意分配请求\n";
else
{
cout<<"SORRY╮(╯▽╰)╭……你的请求被拒绝…\n";
for (i=0;i<n;i++)
{
Available[i]+=Request[mi][i];
Allocation[mi][i]-=Request[mi][i];
Need[mi][i]+=Request[mi][i];
}
}
for (i=0;i<m;i++)
Finish[i]=0;
char Flag; //标志位
cout<<"是否再次请求分配？是请按Y/y，否请按N/n";
while (1)
{
cin>>Flag;
if (Flag=='Y'||Flag=='y'||Flag=='N'||Flag=='n')
break;
else
{
cout<<"请按要求重新输入:\n";
continue;
}
}
if (Flag=='Y'||Flag=='y')
continue;
else break;
}
}
六、打印的程序运行时初值和运行结果
七、实验小结
通过本次实验，对银行家算法有了更深刻而认识。并且认识到要验证原理，实践是最好的。对于算法的验证，首先一定要理论上清楚算法的原理，然后再去实际验证。
注意：
系统资源名称、系统资源数量、进程数量、各进程对资源的最大需求、各进程已申请到资源数等信息初始值不可以在程序中指定固定值，要在程序运行后人工输入。
