實驗二 銀行家算法
一、實驗目的
用高級語言編寫和調試一個銀行家算法程序，並可以利用銀行家算法模擬分配資源以及進行安全性檢查。加深對銀行家算法的理解。
二、實驗指導
- 銀行家算法中的數據結構
(1) 可利用資源向量Available。這是一個含有m個元素的數組，其中的每一個元素代表一類可利用的資源數目，其初始值是系統中所配置的該類全部可用資源的數目，其數值隨該類資源的分配和回收而動態地改變。如果Available［j］=K，則表示系統中現有Rj類資源K個。
(2) 最大需求矩陣Max。這是一個n×m的矩陣，它定義了系統中n個進程中的每一個進程對m類資源的最大需求。如果Max［i,j］=K，則表示進程i需要Rj類資源的最大數目爲K。
(3) 分配矩陣Allocation。這也是一個n×m的矩陣，它定義了系統中每一類資源當前已分配給每一進程的資源數。如果Allocation［i,j］=K，則表示進程i當前已分得Rj類資源的數目爲K。
(4) 需求矩陣Need。這也是一個n×m的矩陣，用以表示每一個進程尚需的各類資源數。如果Need［i,j］=K，則表示進程i還需要Rj類資源K個，方能完成其任務。
Need［i,j］=Max［i,j］-Allocation［i,j］ - 銀行家算法
設Requesti是進程Pi的請求向量，如果Requesti［j］=K，表示進程Pi需要K個Rj類型的資源。當Pi發出資源請求後，系統按下述步驟進行檢查：
(1) 如果Requesti［j］≤Need［i,j］，便轉向步驟2；否則認爲出錯，因爲它所需要的資源數已超過它所宣佈的最大值。
(2) 如果Requesti［j］≤Available［j］，便轉向步驟(3)；否則， 表示尚無足夠資源，Pi須等待。
(3) 系統試探着把資源分配給進程Pi，並修改下面數據結構中的數值：
Available［j］∶=Available［j］-Requesti［j］;
Allocation［i,j］∶=Allocation［i,j］+Requesti［j］;
Need［i,j］∶=Need［i,j］-Requesti［j］;
(4) 系統執行安全性算法，檢查此次資源分配後，系統是否處於安全狀態。若安全，才正式將資源分配給進程Pi，以完成本次分配；否則， 將本次的試探分配作廢，恢復原來的資源分配狀態，讓進程Pi等待。 - 安全性算法
(1) 設置兩個向量：① 工作向量Work: 它表示系統可提供給進程繼續運行所需的各類資源數目，它含有m個元素，在執行安全算法開始時，Work∶=Available; ② Finish: 它表示系統是否有足夠的資源分配給進程，使之運行完成。開始時先做Finish［i］∶=false; 當有足夠資源分配給進程時， 再令Finish［i］∶=true。
(2) 從進程集合中找到一個能滿足下述條件的進程： ① Finish［i］=false; ② Need［i,j］≤Work［j］； 若找到， 執行步驟(3)， 否則，執行步驟(4)。
(3) 當進程Pi獲得資源後，可順利執行，直至完成，並釋放出分配給它的資源，故應執行：
Work［j］∶=Work［i］+Allocation［i,j］;
Finish［i］∶=true;
go to step 2;
(4) 如果所有進程的Finish［i］=true都滿足， 則表示系統處於安全狀態；否則，系統處於不安全狀態。
銀行家算法我用到了回溯，將所有的序列找出來
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
struct PCB
{
string name;
int Work[3];
int Max[3];
int Allo[3];
int Need[3];
int WA[3];
bool Finish;
} pcb[5];
int num = 3;
PCB safe[5];
int top = 0;
int ifsafe;
int Avalia[3]= {3,3,2};
void menu()
{
printf("1.初始化\n");
printf("2.查看當前資源分配表\n");
printf("3.請求資源\n");
printf("4.退出\n");
}
void init()
{
pcb[0]= {"P0",{0,0,0},{7,5,3},{0,1,0},{7,4,3},{0,0,0},false};
pcb[1]= {"P1",{0,0,0},{3,2,2},{2,0,0},{1,2,2},{0,0,0},false};
pcb[2]= {"P2",{0,0,0},{9,0,2},{3,0,2},{6,0,0},{0,0,0},false};
pcb[3]= {"P3",{0,0,0},{2,2,2},{2,1,1},{0,1,1},{0,0,0},false};
pcb[4]= {"P4",{0,0,0},{4,3,3},{0,0,2},{4,3,1},{0,0,0},false};
}
void output()
{
printf("\tMax Allo\t Need \t\n");
for(int i=0; i<5; i++)
{
cout<<pcb[i].name;
for(int j=0; j<3; j++)
{
printf("%3d",pcb[i].Max[j]);
}
printf("\t");
for(int j=0; j<3; j++)
{
printf("%3d",pcb[i].Allo[j]);
}
printf("\t");
for(int j=0; j<3; j++)
{
printf("%3d",pcb[i].Need[j]);
}
printf("\n");
}
printf("\n\t\t\t\t\tAvalia: ");
for(int j=0; j<3; j++)
{
printf("%3d",Avalia[j]);
}
printf("\n");
}
void safeoutput()
{
printf(" Work Need\t Allo W+A Finish\t\n");
for(int i=0; i<5; i++)
{
cout<<safe[i].name;
for(int j=0; j<3; j++)
{
printf("%3d",safe[i].Work[j]);
}
printf("\t");
for(int j=0; j<3; j++)
{
printf("%3d",safe[i].Need[j]);
}
printf("\t");
for(int j=0; j<3; j++)
{
printf("%3d",safe[i].Allo[j]);
}
printf("\t");
for(int j=0; j<3; j++)
{
printf("%3d",safe[i].WA[j]);
}
printf("\t");
printf("%3d",safe[i].Finish);
printf("\n");
}
printf("\n");
}
void Run(PCB backup[],int avalia[],int index)
{
//如果全部都安全，則打印
int cnt = 0;
for(int i=0; i<5; i++)
if(backup[i].Finish == true)
cnt++;
if(cnt == 5)
{
for(int i=0; i<top; i++)
cout<<safe[i].name<<" ";
printf("請求成功!\n");
safeoutput();
system("pause");
ifsafe = 1;
return ;
}
//開始遞歸尋找
for(int i = 0; i<5; i++)
{
//如果Finish是true或者需要的資源大於已有的資源，則跳過
int f=1;
for(int j=0; j<3; j++)
{
if(backup[i].Finish == true || backup[i].Need[j]>avalia[j])
{
f=0;
break;
}
}
if(f == 0)
continue;
//否則就將當前的Avalia全部給Work，並計算 W+A
for(int j=0; j<3; j++)
{
backup[i].Work[j] = avalia[j];
backup[i].WA[j] = backup[i].Work[j]+backup[i].Allo[j];
}
//置Finish爲 true
backup[i].Finish = true;
// 壓棧
safe[top++] = backup[i];
// 遞歸
Run(backup,backup[i].WA,i);
// 回溯
top--;
backup[i].Finish = false;
}
}
void RunBefore(int index,int re[])
{
int i;
//請求數是否大於Need
for(i=0; i<3; i++)
if(re[i]>pcb[index].Need[i])
break;
if(i != 3)
{
printf("請求資源數量大於Need數量，分配失敗！\n\n");
return ;
}
//請求數大於現有資源數
for(i=0; i<3; i++)
if(re[i]>Avalia[i])
break;
if(i != 3)
{
printf("請求資源數量大於Aailable數量，分配失敗！\n\n");
return ;
}
//執行安全性檢查算法
//1.備份
PCB backup[5];
int bAvalia[3];
for(int i=0; i<5; i++)
backup[i]=pcb[i];
for(int i=0; i<3; i++)
bAvalia[i]=Avalia[i];
//2.成功請求
for(int i=0; i<3; i++)
{
backup[index].Allo[i]+=re[i];
bAvalia[i]-=re[i];
backup[index].Need[i]-=re[i];
}
//3.安全性檢查
ifsafe = 0;
Run(backup,bAvalia,0);
if(ifsafe == 0)
printf("\n\n請求失敗！系統將進入不安全狀態！\n\n");
else
{
//4.如果安全，則真實分配
for(int i=0; i<3; i++)
{
pcb[index].Allo[i]+=re[i];
Avalia[i]-=re[i];
pcb[index].Need[i]-=re[i];
}
}
}
void Request()
{
int re[num];
int n;
printf("\n輸入請求資源的進程號(0 ~ 4 數字)：");
scanf("%d",&n);
printf("\n輸入請求資源的數量(3類資源,空格隔開)：");
for(int i=0; i<num; i++)
scanf("%d",&re[i]);
//安全性算法之前的檢查
RunBefore(n,re);
}
////////////////////////////////
void input()
{
for(int i=0; i<5; i++)
{
printf("輸入進程");
cout<<pcb[0].name;
printf("的資源分配情況(3類資源,空格隔開):\n\n");
printf("Max: ");
scanf("%d%d%d",&pcb[i].Max[0],&pcb[i].Max[1],&pcb[i].Max[2]);
printf("\nAllocation: ");
scanf("%d%d%d",&pcb[i].Allo[0],&pcb[i].Allo[1],&pcb[i].Allo[2]);
for(int j=0;j<3;j++)
pcb[i].Need[j] = pcb[i].Max[j] - pcb[i].Allo[j];
}
printf("輸入當前可用資源數量(3類資源,空格隔開)\n\n");
printf("Avaliable: ");
scanf("%d%d%d",&Avalia[0],&Avalia[1],&Avalia[2]);
}
int main()
{
int n;
init();
while(1)
{
menu();
scanf("%d",&n);
switch (n)
{
case 1:
input();
break;
case 2:
output();
break;
case 3:
Request();
break;
case 4:
exit(0);
break;
default :
printf("請輸入有效選項!\n");
break;
}
}
}