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操作系统实验四 银行家算法

一、实验目的

1、 理解银行家算法。
2、 掌握进程安全性检查的方法与资源分配的方法。

二、实验内容与基本要求

编制模拟银行家算法的程序，并以下面给出的例子验证所编写的程序的正确性。

现在系统中A、B、C、D 4类资源分别还剩1、5、2、0个，请按银行家算法回答：
1、 现在系统是否处于安全状态？
2、 如果现在进程P1提出需要（0、4、2、0）个资源的请求，系统能否满足它的请求？

三、实验报告内容

1、 银行家算法和安全性检查算法原理

银行家算法：

　　银行家算法最初级原为银行系统设计，以确保银行在发放现金贷款时，不会发生不能满足所有客户需要的情况。在OS设计中，也可以用它来避免死锁。
　　为实现银行家算法，每个新进程在进入系统时它必须申明在运行过程中，可能需要的每种资源类型的最大单元数目，其数目不应超过系统所拥有的资源总量。当某一进程请求时，系统会自动判断请求量是否小于进程最大所需，同时判断请求量是否小于当前系统资源剩余量。若两项均满足，则系统试分配资源并执行安全性检查算法。

安全性检查算法 :

　　安全性检查算法用于检查系统进行资源分配后是否安全，若安全系统才可以执行此次分配；若不安全，则系统不执行此次分配。
　　安全性检查算法原理为：在系统试分配资源后，算法从现有进程列表寻找出一个可执行的进程进行执行，执行完成后回收进程占用资源；进而寻找下一个可执行进程。当进程需求量大于系统可分配量时，进程无法执行。当所有进程均可执行，则产生一个安全执行序列，系统资源分配成功。若进程无法全部执行，即无法找到一条安全序列，则说明系统在分配资源后会不安全，所以此次分配失败。

2、 程序流程图

3、 程序及注释

#include <iostream.h>
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//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;
    }
}

4、 运行结果以及结论

图示为题目所给定的条件下的程序运行结果。可看出在现有分配情况下，该系统安全。

下图为，P1提出请求后，程序的运行结果，可知，系统仍然安全，所以系统可以满足请求。