死锁的避免--银行家算法

实验三死锁的避免――银行家算法一、实验目的1．掌握死锁产生的原因。

2．掌握银行家算法。

3．能使用高级语言模拟实现银行家算法。

二、相关数据结构1．可利用资源向量Available ，它是一个含有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的数目，其初始值是系统中所配置的该类全部可用资源数目。

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，标是系统中现有j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，表示进程i需要j类资源的最大数目为k。

3．分配矩阵Allocation，这是一个n×m的矩阵，它定义了系统中的每类资源当前分配到每一个进程的资源数。

如果Allocation[i][j]=k，表示进程i当前已经分到j类资源的数目为k个。

Allocation[i]表示进程i的分配向量。

4．需求矩阵Need，这是一个n×m的矩阵，用以表示每个进程还需要的各类资源的数目。

如果Need[i][j]=k，表示进程i还需要j类资源k个，才能完成其任务。

Need[i]表示进程i的需求向量。

上述三个矩阵间存在关系：Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j]；三、银行家算法Request是进程i的请求向量。

Request[j]=k表示进程i请求分配j类资源k个。

当进程i发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：1．如果Request ≤Need[i]，则转向步骤2；否则，认为出错，因为它所请求的资源数已超过它当前的最大需求量。

2．如果Request ≤Available，则转向步骤3；否则，表示系统中尚无足够的资源满足进程i 的申请，进程i必须等待。

3．系统试探性地把资源分配给进程i，并修改下面数据结构中的数值：Available = Available - RequestAllocation[i]= Allocation[i]+ RequestNeed[i]= Need[i]- Request4．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。

如果安全才正式将资源分配给进程i，以完成本次分配；否则，将试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程i等待。

四、安全性算法1．设置两个向量。

Work：它表示系统可提供给进程继续运行的各类资源数目，它包含m个元素，开始执行安全性算法时，Work = Available。

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Finish[i]=false；当有足够资源分配给进程i时，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]≤work；如找到则执行步骤3；否则，执行步骤4；3．当进程i获得资源后，可顺利执行直到完成，并释放出分配给它的资源，故应执行Work = work + Allocation[i]Finish[i]=true；转向步骤2；4．若所有进程的Finish[i]都为true，则表示系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态。

五、实验内容设计有n个进程共享m个系统资源的系统，进程可动态的申请和释放资源，系统按各进程的申请动态的分配资源。

系统能显示各个进程申请和释放资源，以及系统动态分配资源的过程，便于用户观察和分析；程序框架已经给出（见附件），要求将安全性算法补充完整。

源程序代码：//************************************************************************ *********************////* 实验三死锁的避免――银行家算法*////**////* 本程序需要预先设置三个文件：Available_list.txt，Max_list.txt，Allocation_list.txt *////* 各文件格式如下：*////* Available_list.txt*////* 3 //表示共有3类资源*////* 10 5 7 //表示各类资源的初始可用个数，即Available[0]=10, Available[1]=5 *////**////**////* Max_list.txt*////* 5 //表示共有5个进程*////* 7 5 3 //表示各个进程需要各类资源的最大数目，即Max[0][0]=7, Max[0][1]=5*////* 3 2 2*////* 9 0 2*////* 2 2 2*////* 4 3 3*////**////**////* Allocation_list.txt*////* 0 1 0 //表示各个进程已分配各类资源的数目，即Allocation[0][0]=0, Allocation[0][1]=1 *////* 2 0 0*////* 3 0 2*////* 2 1 1*////* 0 0 2*////**////**////************************************************************************ *********************//#include <iostream.h>#include <stdio.h>#include <windows.h>#define MAX_PROCESS 32 //最大进程数#define MAX_RESOURCE 64 //最大资源类别int PROCESS_NUM; //实际总进程数int RESOURCE_NUM; //实际资源类别数int Available[MAX_RESOURCE]; //可利用资源向量int Max[MAX_PROCESS][MAX_RESOURCE]; //最大需求矩阵int Allocation[MAX_PROCESS][MAX_RESOURCE]; //分配矩阵int Need[MAX_PROCESS][MAX_RESOURCE]; //需求矩阵int Request_PROCESS; //发出请求的进程int Request_RESOURCE_NEMBER[MAX_RESOURCE]; //请求资源数void Read_Available_list(); //读入可用资源Availablevoid Read_Max_list(); //读入最大需求矩阵Maxvoid Read_Allocation_list(); //读入已分配矩阵Allocationvoid PrintInfo(); //打印各数据结构信息void Read_Request(); //输入请求向量void Allocate_Source(); //开始正式分配资源（修改Allocation_list.txt）void Recover_TryAllocate(); //恢复试分配前状态int Test_Safty(); //安全性检测void RunBanker(); //执行银行家算法//读入可用资源Availablevoid Read_Available_list(){FILE *fp;if((fp=fopen("Available_list.txt","r"))==NULL){cout<<"错误,文件打不开,请检查文件名"<<endl;exit(0);}fscanf(fp,"%d",&RESOURCE_NUM);int i=0;while(!feof(fp)){fscanf(fp,"%d",&Available[i]);i++;}fclose(fp);}//读入最大需求矩阵Maxvoid Read_Max_list(){FILE *fp;if((fp=fopen("Max_list.txt","r"))==NULL){cout<<"错误,文件打不开,请检查文件名"<<endl;exit(0);}fscanf(fp,"%d",&PROCESS_NUM);for(int i=0;i<PROCESS_NUM;i++)for(int j=0;j<RESOURCE_NUM;j++)fscanf(fp,"%d",&Max[i][j]);fclose(fp);}//读入已分配矩阵Allocationvoid Read_Allocation_list(){FILE *fp;if((fp=fopen("Allocation_list.txt","r"))==NULL){cout<<"错误,文件打不开,请检查文件名"<<endl;exit(0);}for(int i=0;i<PROCESS_NUM;i++)for(int j=0;j<RESOURCE_NUM;j++)fscanf(fp,"%d",&Allocation[i][j]);fclose(fp);}//设置需求矩阵Needvoid Set_Need_Available(){for(int i=0;i<PROCESS_NUM;i++)for(int j=0;j<RESOURCE_NUM;j++){Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j];Available[j]=Available[j]-Allocation[i][j];}}//打印各数据结构信息void PrintInfo(){cout<<"进程个数："<<PROCESS_NUM<<"\t"<<"资源个数："<<RESOURCE_NUM<<endl;cout<<"可用资源向量Available："<<endl;int i,j;for(i=0;i<RESOURCE_NUM;i++)cout<<Available[i]<<"\t";cout<<endl;cout<<"最大需求矩阵Max："<<endl;for(i=0;i<PROCESS_NUM;i++){for(j=0;j<RESOURCE_NUM;j++)cout<<Max[i][j]<<"\t";cout<<endl;}cout<<"已分配矩阵Allocation："<<endl;for(i=0;i<PROCESS_NUM;i++){for(j=0;j<RESOURCE_NUM;j++)cout<<Allocation[i][j]<<"\t";cout<<endl;}cout<<"需求矩阵Need："<<endl;for(i=0;i<PROCESS_NUM;i++){for(j=0;j<RESOURCE_NUM;j++)cout<<Need[i][j]<<"\t";cout<<endl;}}//输入请求向量void Read_Request(){cout<<"输入发起请求的进程（0－"<<PROCESS_NUM-1<<")：";cin>>Request_PROCESS;cout<<"输入请求资源的数目：按照这样的格式输入x x x：";for(int i=0; i<RESOURCE_NUM; i++)cin>>Request_RESOURCE_NEMBER[i];}//开始正式分配资源（修改Allocation_list.txt）void Allocate_Source(){cout<<'\n'<<"开始给第"<<Request_PROCESS<<"个进程分配资源..."<<endl;FILE *fp;if((fp=fopen("Allocation_list.txt","w"))==NULL){cout<<"错误,文件打不开,请检查文件名"<<endl;exit(0);}for(int i=0;i<PROCESS_NUM;i++){for(int j=0;j<RESOURCE_NUM;j++)fprintf(fp,"%d ",Allocation[i][j]);fprintf(fp,"\n");}cout<<"分配完成，已更新Allocation_list.txt"<<endl;fclose(fp);}//恢复试分配前状态void Recover_TryAllocate(){for(int i=0;i<RESOURCE_NUM;i++){Available[i]=Available[i]+Request_RESOURCE_NEMBER[i];Allocation[Request_PROCESS][i]=Allocation[Request_PROCESS][i]-Request_RESOURC E_NEMBER[i];Need[Request_PROCESS][i]=Need[Request_PROCESS][i]+Request_RESOURCE_NEMB ER[i];}}//安全性检测//返回值：0：未通过安全性测试；1：通过安全性测试int Test_Safty(){cout<<'\n'<<"进入安全性检测!"<<endl;int i,j;int Work[MAX_RESOURCE]; //定义工作向量for(i=0;i<RESOURCE_NUM;i++){Work[i]=Available[i];}bool Finish[MAX_PROCESS]; //定义布尔向量for(i=0;i<PROCESS_NUM;i++)Finish[i]=false;int safe[MAX_RESOURCE]; //用于保存安全序列bool found=false; //判断在一轮查找中是否找到符合条件的进程int FinishCount=0; //找到满足条件的进程i的数目while(FinishCount<5){for(i=0;i<PROCESS_NUM;i++){if(Finish[i]==true) //检查是否满足条件Finish[i]==falsecontinue;bool HasResource=true;for(j=0;j<RESOURCE_NUM;j++) //检查是否满足条件Need[i]<=Work if(Need[i][j]>Work[j])HasResource=false;if(HasResource){for(j=0;j<RESOURCE_NUM;j++)Work[j]=Work[j]+Allocation[i][j];Finish[i]=true;safe[FinishCount]=i;FinishCount++;found=true;}}if(found){found=false;}elsebreak;}for(i=0;i<PROCESS_NUM;i++) //判断是否所有进程满足Finish[i]==true{if(Finish[i]==true)continue;else{cout<<"未通过安全性测试，不分配"<<endl;return 0;}}cout<<'\n'<<"找到一个安全序列:";for(i=0;i<PROCESS_NUM;i++) //打印安全序列{cout<<"P"<<safe[i];if(i!=PROCESS_NUM-1)cout<<"--->";}cout<<'\n'<<"已通过安全性测试!"<<endl;return 1;}void RunBanker(){ //执行银行家算法cout<<endl;cout<<"开始执行银行家算法..."<<endl;for(int i=0;i<RESOURCE_NUM;i++) //检查是否满足条件Request<=Need if(Request_RESOURCE_NEMBER[i]>Need[Request_PROCESS][i]){cout<<"\n第"<<Request_PROCESS<<"个进程请求资源不成功"<<endl;cout<<"原因：超出该进程尚需的资源的最大数量!"<<endl;return;}for(i=0;i<RESOURCE_NUM;i++) //检查是否满足条件Request<=Available if(Request_RESOURCE_NEMBER[i]>Available[i]){cout<<"\n第"<<Request_PROCESS<<"个进程请求资源不成功"<<endl;cout<<"原因：系统中无足够的资源!"<<endl;return;}else{//试分配，更新各相关数据结构Available[i]=Available[i]-Request_RESOURCE_NEMBER[i];Allocation[Request_PROCESS][i]=Allocation[Request_PROCESS][i]+Request_RESOURCE_N EMBER[i];Need[Request_PROCESS][i]=Need[Request_PROCESS][i]-Request_RESOURCE_NEMBER[i];}cout<<endl<<"试分配完成..."<<endl;if(Test_Safty()) //使用安全性算法检查，若满足，则正式分配Allocate_Source();else //否则恢复试分配前状态Recover_TryAllocate();}void main(){char c;Read_Available_list();Read_Max_list();Read_Allocation_list();Set_Need_Available();PrintInfo();while(1){Read_Request();RunBanker();cout<<"\n\n需要继续吗？（y-继续；n-终止）";cin>>c;if(c=='n')break;cout<<endl<<endl;PrintInfo();}}实验总结：上理论课时，老师上生动传神的演讲；上实验课时，老师不厌其烦为我们讲解，让我对银行家算法这一章节内容有了更深一层的认识和理解。