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
- 代码:
#include<cstdio>
#include<iostream>
#include<queue>
#include<cstring>
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<int> 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;
}
