C/C++银行家算法实现资源分配
算法分析
为实现银行家算法,每一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。当进程请求一组资源时,系统必须首先确定是否有足够的资源分配给该进程。若有,再进一步计算在将这些资源分配给进程后,是否会使系统处于不安全状态。如果不会,才将资源分配给它,否则让进程等待。
1.银行家算法中的数据结构
为了实现银行家算法,在系统中必须设置这样四个数据结构,分别用来描述系统中可利用的资源、所有进程对资源的最大需求、系统中的资源分配,以及所有进程还需要多少资源的情况。
(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利用的资源数目,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 nxm 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 nxm 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 nxm 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。
上述三个矩阵间存在下述关系:
Need[i,j]= Max[i,j]- Allocation[i,j]
2.银行家算法
设 Requesti 是进程 P 的请求向量,如果 Requesti[i,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的最大值。
(2)如果 Requesti[j]≤Availablef[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[i] - Requesti[i];
Allocation[i,j]=Allocation[i,j]+Requesti[j];
Need[i,j]= Need[i,j]- Requesti[j];
(4)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.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;②Finish: 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)从进程集合中找到个能满足 下述条件的进程:
①Finish[i] = false;
②Need[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[j] + 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。
程序流程图
#include <stdio.h>
#include <iostream>
using namespace std;
#define MAXJINCHENG 10
#define MAXZIYUAN 50
int Available[MAXZIYUAN];//每类资源可用数目
int Max[MAXJINCHENG][MAXZIYUAN];//每个进程的最大需求
int Allocation[MAXJINCHENG][MAXZIYUAN];//最大资源分配矩阵
int Need[MAXJINCHENG][MAXZIYUAN];//最大需求矩阵
int Work[MAXZIYUAN];//work
int WorkAddAllocation[MAXJINCHENG][MAXZIYUAN];//work+allocation
int Request[MAXZIYUAN];//资源请求
int Finish[MAXJINCHENG];//安全数组
int P[MAXJINCHENG];
int JC;//当前进程数
int ZY;//当前资源数
void init()
{
cout<<"请输入进程数目:";
cin>>JC;
cout<<"请输入资源数目:";
cin>>ZY;
cout<<"请输入资源分配矩阵Allocation:"<<endl;
for(int i=0;i<JC;i++)
{
for(int j=0;j<ZY;j++)
{
cin>>Allocation[i][j];
}
}
cout<<"请输入需求矩阵Max:"<<endl;
for(int i=0;i<JC;i++)
{
for(int j=0;j<ZY;j++)
{
cin>>Max[i][j];
}
}
cout<<"请输入各类资源现有数目:"<<endl;
for(int i=0;i<ZY;i++)
{
cin>>Available[i];
}
for(int i=0;i<JC;i++)
{
for(int j=0;j<ZY;j++)
{
Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j]; //计算Need
}
}
bool flag=true;
cout<<"-----------------------------------------------------------------"<<endl;
cout<<" Allocation Max Need Available "<<endl;
for(int i=0;i<JC;i++)
{
cout<<" "<<"P"<<i+1<<" ";
for(int j=0;j<ZY;j++)
{
cout<<Allocation[i][j]<<" ";
}
cout<<" ";
for(int j=0;j<ZY;j++)
{
cout<<Max[i][j]<<" ";
}
cout<<" ";
for(int j=0;j<ZY;j++)
{
cout<<Need[i][j]<<" ";
}
cout<<" ";
if(flag)
{
for(int i=0;i<ZY;i++)
{
cout<<Available[i]<<" ";
flag=false;
}
}
cout<<" "<<endl;
}
cout<<"-----------------------------------------------------------------"<<endl;
}
void Show()
{
bool flag=true;
cout<<"-----------------------------------------------------------------"<<endl;
cout<<" Allocation Max Need Available "<<endl;
for(int i=0;i<JC;i++)
{
cout<<" "<<"P"<<i+1<<" ";
for(int j=0;j<ZY;j++)
{
cout<<Allocation[i][j]<<" ";
}
cout<<" ";
for(int j=0;j<ZY;j++)
{
cout<<Max[i][j]<<" ";
}
cout<<" ";
for(int j=0;j<ZY;j++)
{
cout<<Need[i][j]<<" ";
}
cout<<" ";
if(flag)
{
for(int i=0;i<ZY;i++)
{
cout<<Available[i]<<" ";
flag=false;
}
}
cout<<" "<<endl;
}
cout<<"-----------------------------------------------------------------"<<endl;
}
bool Safe()
{
int i, j, k, l = 0;
for (i = 0; i < ZY; i++)
{
Work[i] = Available[i];
}
for (i = 0; i < JC; i++)
{
Finish[i] = 0; //FINISH记录每个进程是否安全
}
while (l < JC) //正常的话,共执行m次
{
int init_index = l;
for (i = 0; i < JC; i++)
{
if (Finish[i] == 1)
{
continue;
}
for (j = 0; j < ZY ; j++)
{
if (Need[i][j] > Work[j])
{
break;
}
}
if (j == ZY )
{
Finish[i] = 1;
for (k = 0; k < ZY ; k++)
{
Work[k] += Allocation[i][k];
}
P[l++] = i;//记录进程号
}
else
continue;
}
if (l==init_index)
{
cout << "系统是不安全的" << endl;
return false;
}
}
cout << "系统是安全的" << endl;
cout << "安全序列:" << endl;
for (i = 0; i < l; i++)
{
cout << P[i];
if (i != l - 1)
{
cout << "-->";
}
}
cout << endl;
return true;
}
void Bank()
{
int count=0;//记录Need的0的个数
int p;//进程号
int again;//继续or结束
while(1)
{
cout<<"请输入需要申请资源的进程号"<<endl;
cin>>p ;
if(p>JC)
{
cout<<"error!"<<endl;
continue;
}
cout<<"请输入需要申请各资源的数目"<<endl;
for(int i=0;i<ZY;i++)
{
cin>>Request[i];
}
for(int i=0;i<ZY;i++)
{
if(Request[i]>Need[p][i])
{
cout<<"所需要资源已超出他宣布的最大值!"<<endl;
continue;
}
if(Request[i]>Available[i])
{
cout<<"没有足够资源!"<<endl;
continue;
}
}
for(int i=0;i<ZY;i++)
{
Available[i]-=Request[i]; //可用资源-请求资源
Allocation[p][i]+=Request[i];//被分配资源+申请的资源
Need[p][i]-=Request[i];//线程还需要的资源-申请的资源
}
if(Safe())//判断申请后系统是否安全,不安全则将已分配资源还回系统;
{
cout<<"分配资源成功!"<<endl;
for(int j=0;j<ZY;j++)
{
if(Need[p][j]==0)
{
count++;
}
}
if(count==ZY)
{
for(int i=0;i<ZY;i++)
{
Available[i]+=Max[p][i];
}
}
Show();
}
else
{
cout<<"分配资源失败!"<<endl;
for(int i=0;i<ZY;i++)
{
Available[i]+=Request[i]; //可用资源+请求资源
Allocation[p][i]-=Request[i];//被分配资源-申请的资源
Need[p][i]+=Request[i];//线程还需要的资源+申请的资源
}
Show();
}
cout<<"是否继续分配?继续输入“1”,退出输入“0”"<<endl;
cin>>again;
if(again==0)
{
break;
}
}
}
int main()
{
init();
Safe();
Bank();
}
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