操作系统实验之银行家算法模拟

银行家算法中的数据结构

 *  可利用资源向量 Available  
    Available\[i\] 表示第 i 种资源可利用的数目
 *  最大需求矩阵 Max  
    Max\[i\]\[j\] 表示第 i 个进程最多需要的第 j 类资源的数目
 *  分配矩阵 Allocation  
    Allocation\[i\]\[j\] 表示第 i 个进程已经占有的第 j 类资源的数目
 *  需求矩阵 Need  
    Need\[i\]\[j\] 表示第 i 个进程还需要的第 j 类资源的数量

详细介绍

 *  [银行家算法详细介绍][Link 1]

代码:

include

using namespace std;

const int MAX_RESOURCES_NUM = 100; //系统资源的最大种类
const int MAX_PROCESS_NUM = 100; //进程的最大数量
queue SecuritySequence; //保存安全序列的队列

struct SYSTEM //定义系统状态，关系为：Need[i][j] = Max[i][j] - Allocation[i][j]
{

int Finish[MAX_PROCESS_NUM];               //标记进程是否被完成
int Available[MAX_RESOURCES_NUM];           //可利用资源向量，第i种资源的数量为Available[i]
int Max[MAX_PROCESS_NUM][MAX_RESOURCES_NUM];         //最大需求矩阵，第i个进程对第j个资源的最大需求为Max[i][j]
int Allocation[MAX_PROCESS_NUM][MAX_RESOURCES_NUM];  //分配矩阵,第i个进程已获得第j个资源的数量为Allocation[i][j]
int Need[MAX_PROCESS_NUM][MAX_RESOURCES_NUM];        //需求矩阵，第i个进程还需要第j个资源的数量为Need[i][j]

};

//安全性算法，判断系统是否存在安全序列。已决定是否分配资源给进程,传入参数为当前系统的状态。进程数，资源数
int IsSafe(SYSTEM status,int process_num,int resources_num)
{

//由于需要不断循环的寻找可以分配资源的进程，需要找一个循环的最大圈数
//分析：每一次循环都要找到一个可分配资源的进程，否则下一次循环也找不到可分配资源的进程
//即最大的圈数为资源的种类数
while(!SecuritySequence.empty())          //置空安全序列
    SecuritySequence.pop();
for(int i = 0; i < process_num; i++)
{
    int have_process = 0;               //标记该趟是否可以找到可调度的进程。
    for(int j = 0; j < process_num; j++)
    {
        if(status.Finish[j] == 0)       //进程程j未被完成
        {
            int success = 1;            //由于标记系统可分配的各类资源是否满足进程j的需求
            for(int k = 0; k < resources_num; k++)      //检查系统可分配的各类资源是否满足进程j的需求
            {
                if(status.Available[k] < status.Need[j][k])     //系统有一类资源不满足进程需求
                {
                    success = 0;
                    break;
                }
            }
            if(success == 1)             //系统所有类资源都满足进程需求,调度进程 j ，运行完成 j ，并回收资源。
            {
                have_process = 1;                           //已找到可调度的进程
                status.Finish[j] = 1;                          //标记进程 j 已完成
                for(int l = 0; l < resources_num; l++)      //回收各类资源
                {
                    status.Available[l] += status.Allocation[j][l];
                }
                SecuritySequence.push(j);                   //进程 j 入队保存
            }
        }
    }
    if(have_process == 0)                                   //没有可调度的进程跳出；
    {
        break;
    }
}
int is_safe = 1;
for(int i = 0; i < process_num; i++)                //判断所有进程是否以完成，如果已完成则存在安全序列，否则，不存在；
{
    if(status.Finish[i] == 0)                       //有进程未被调度，所有不存在安全序列；
        is_safe = 0;
}
return is_safe;

}

//银行家算法
int BankerAlgorithm(SYSTEM status,int process_num,int resources_num,int process,int Request[])
{

for(int i = 0; i < resources_num; i++)          //判断需求资源是否大于最大需求
{
    if(Request[i] > status.Need[process][i])    //需求资源大于最大需求,出错
    {
        printf("需求资源大于最大需求\n");
        return 0;
    }
}
for(int i = 0; i < resources_num; i++)             //需求资源是否大于可分配资源
{
    if(Request[i] > status.Available[i])       //需求资源大于可分配资源，无法调度
    {
        printf("需求资源大于可分配资源\n");
        return 0;
    }
}
//满足分配要求。试探性分配，并判断是否存在安全序列
for(int i = 0; i < resources_num; i++)
{
    //试探性分配
    status.Available[i] -= Request[i];
    status.Allocation[process][i] += Request[i];
    status.Need[process][i] -= Request[i];
}
//判断是否存在安全序列
if(IsSafe(status,process_num,resources_num))
{
    printf("存在安全序列：\n");
    while(!SecuritySequence.empty())            //输出安全序列
    {
        printf("%d ",SecuritySequence.front());
        SecuritySequence.pop();
    }
    return 1;
}
else                        //没有安全序列，试探性分配作废
{
    printf("不存在安全序列，不分配资源\n");
    for(int i = 0; i < resources_num; i++)
    {
        status.Available[i] += Request[i];
        status.Allocation[process][i] -= Request[i];
        status.Need[process][i] += Request[i];
        return 0;
    }
}

}

//输出系统状态
void display(SYSTEM status,int process_num,int resources_num)
{

 //系统状态Available
printf("系统状态Available：\n");
for(int i = 0; i < resources_num; i++)
    printf("%d ",status.Available[i]);
putchar('\n');
//系统状态最大需求矩阵Max
printf("请初始化系统状态最大需求矩阵Max：\n");
for(int i = 0; i < process_num; i++)
{
    for(int j = 0; j < resources_num; j++)
    {
        printf("%d ",status.Max[i][j]);
    }
    putchar('\n');
}
//系统状态最大需求矩阵Allocation
printf("可利用资源向量Allocation：\n");
for(int i = 0; i < process_num; i++)
{
    for(int j = 0; j < resources_num; j++)
    {
        printf("%d ",status.Allocation[i][j]);
    }
    putchar('\n');
}
//需求矩阵Need
printf("需求矩阵Need\n");
for(int i = 0; i < process_num; i++)
{
    for(int j = 0; j < resources_num; j++)
    {
        printf("%d ",status.Need[i][j]);
    }
    putchar('\n');
}

}

int main(int argc, char* argv[])
{
// //重定义输出输入流至文件
// freopen(“data.in”,”r”,stdin);
// freopen(“data.out”,”w”,stdout);

SYSTEM status;      //定义系统状态
int resources_num,process_num;      //定义资源数，进程数
//始化进程数，和资源种数
printf("请初始化进程数，和资源种数：\n");
scanf("%d %d",&process_num,&resources_num);
//始化系统状态Available
printf("请初始化系统状态Available：\n");
for(int i = 0; i < resources_num; i++)
    scanf("%d",&status.Available[i]);
//始化系统状态最大需求矩阵Max
printf("请初始化系统状态最大需求矩阵Max：\n");
for(int i = 0; i < process_num; i++)
{
    for(int j = 0; j < resources_num; j++)
    {
        scanf("%d",&status.Max[i][j]);
    }
}
//始化系统状态最大需求矩阵Allocation
printf("请初始化可利用资源向量Allocation：\n");
for(int i = 0; i < process_num; i++)
{
    for(int j = 0; j < resources_num; j++)
    {
        scanf("%d",&status.Allocation[i][j]);
    }
}
//自动处理需求矩阵Need
for(int i = 0; i < process_num; i++)
{
    for(int j = 0; j < resources_num; j++)
    {
        status.Need[i][j] = status.Max[i][j] - status.Allocation[i][j];
    }
}
int process;                        //记录资源请求的进程的号
int Request[MAX_RESOURCES_NUM];     //记录该进程对各资源请求的数量
if(IsSafe(status,process_num,resources_num) == 0)
{
    printf("初始状态不存在安全序列\n");
    return 0;
}
else
{
    printf("初始状态安全\n");
    printf("存在安全序列：\n");
    while(!SecuritySequence.empty())            //输出安全序列
    {
        printf("%d ",SecuritySequence.front());
        SecuritySequence.pop();
    }
    putchar('\n');
}
while(1)        //模拟系统运行
{
    display(status,process_num,resources_num);
    printf("请输入资源请求：process\n");
    int process;
    int Request[MAX_RESOURCES_NUM];
    scanf("%d",&process);
    if(process == -1)
        break;
    printf("请输入资源请求：Request[](the length of the Request is that of resources_num)\n");
    for(int i = 0; i < resources_num; i++)
    {
        scanf("%d",&Request[i]);
    }
    if(BankerAlgorithm(status,process_num,resources_num,process,Request) == 1)
    {
        int process_end = 1;        //判断进程是否执行完
        for(int i = 0; i < resources_num; i++)
        {
            status.Available[i] -= Request[i];
            status.Allocation[process][i] += Request[i];
            status.Need[process][i] -= Request[i];
            if(status.Need[process][i] != 0)
                process_end = 0;
        }
        printf("资源分配成功\n");
        //进程执行完，回收资源
        if(process_end)
        {
            printf("进程P%d执行完,释放资源\n",process);
            for(int i = 0; i < resources_num; i++)
            {
                status.Available[i] += status.Allocation[process][i];
            }
        }
    }
}
return 0;