操作系統：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。
三、提示
可以用下面的數據作爲測試數據
假定系統中有五個進程｛P0, P1, P2, P3, P4｝和三類資源｛A, B, C｝，各種資源的數量分別爲10、5、7，在T0時刻的資源分配情況如圖2-1 所示。

請求序列
（1）P1發出請求向量Request1(1，0，2)
（2）P4發出請求向量Request4(3，3，0)
（3）P0發出請求向量Requst0(0，2，0)

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int m=3;//三類資源
const int n=5;//進程數
//數據結構
int available[m]= {3,3,2}; //可利用資源向量
int Max[n][m]= {7,5,3,3,2,2,9,0,2,2,2,2,4,3,3}; //最大需求矩陣
int allocation[n][m]= {0,1,0,2,0,0,3,0,2,2,1,1,0,0,2}; //分配矩陣
int need[n][m];//需求矩陣
//Need［i,j］=Max［i,j］-Allocation［i,j］
int Request[n][m];//請求
int Work[m];//工作向量
bool Finish[n];//系統是否有足夠的資源分配
int WaddA[n][m];//記錄W+A
int p[n];//記錄進程號
int work[n][m];//記錄work

void menu()
{
	cout<<endl;
	cout<<endl;
	cout<<"\t1. 初始化"<<endl;
	cout<<"\t2. 查看當前資源分配表"<<endl;
	cout<<"\t3. 請求資源"<<endl;
	cout<<"\t4. 退出"<<endl;
	cout<<"\t請選擇："<<endl;
}

void init()
{
	for(int i=0; i<n; i++)
	{
		cout<<"輸入進程P"<<i<<"的資源分配情況(3類資源,空格隔開):\n";
		cout<<"Max：";
		for(int j=0; j<m; j++)
		{
			cin>>Max[i][j];
		}
		cout<<"\nAllocation：\n";
		for(int j=0; j<m; j++)
		{
			cin>>allocation[i][j];
		}
	}
	cout<<"輸入當前可用資源數量(3類資源,空格隔開)";
	cout<<"Avaliable：";
	for(int i=0; i<m; i++)
		cin>>available[i];
}

void print()
{
	//計算Need
	for(int i=0; i<n; i++)
	{
		for(int j=0; j<m; j++)
		{
			need[i][j]=Max[i][j]-allocation[i][j];
		}
	}
	//打印
	cout<<"\tMax   |"<<"\tAllo  |"<<"\tNeed  |"<<"\tAvalia"<<endl;
	for(int i=0; i<n; i++)
	{
		cout<<"P"<<i<<"    \t";
		for(int j=0; j<m; j++)
		{
			cout<<Max[i][j]<<" ";
		}
		cout<<"\t";
		for(int j=0; j<m; j++)
		{
			cout<<allocation[i][j]<<" ";
		}
		cout<<"\t";
		for(int j=0; j<m; j++)
		{
			cout<<need[i][j]<<" ";
		}
		cout<<"\t";
		if(i==0)
		{
			for(int i=0; i<m; i++)
				cout<<available[i]<<" ";
			cout<<endl;
		}
		else
			cout<<endl;
	}
}


void print_sequence()
{
	cout<<"\tWork   |"<<"Need  |"<<"\tAllo  |"<<"\tW+A |"<<"    Finish"<<endl;
	for(int i=0; i<n; i++)
	{
		cout<<"P"<<p[i]<<"    \t";
		for(int j=0; j<m; j++)
		{
			cout<<work[p[i]][j]<<" ";
		}
		cout<<"\t";
		for(int j=0; j<m; j++)
		{
			cout<<need[p[i]][j]<<" ";
		}
		cout<<"\t";
		for(int j=0; j<m; j++)
		{
			cout<<allocation[p[i]][j]<<" ";
		}
		cout<<"\t";
		for(int j=0; j<m; j++)
		{
			cout<<WaddA[p[i]][j]<<" ";
		}
		cout<<"\t";
		cout<<Finish[p[i]]<<endl;
	}
}

bool safety()
{
	//初始化
	int w=0;
	for(int j=0; j<m; j++)
		Work[j]=available[j];
	for(int i=0; i<n; i++)
		Finish[i]=false;
//	int i=0;
//	while(i<n)
//	{
//		if(Finish[i]==false)
//		{
//			int f1=1;
//			for(int j=0; j<m; j++)
//			{
//				if(need[i][j]>Work[j])
//				{
//					f1=0;
//				}
//			}
//			if(f1==1)
//			{
//				for(int j=0; j<m; j++)
//				{
//					work[i][j]=Work[j];
//					Work[j]=Work[j]+allocation[i][j];
//					WaddA[i][j]=Work[j];
//				}
//				Finish[i]=true;
//				p[w++]=i;
//				i=-1;//從零開始掃描
//			}
//		}
//		i++;
//	}
	int count=0; 
	while(1)
	{
		for(int i=0; i<n; i++)
		{
			if(Finish[i]==false)
			{
				int f1=1;
				for(int j=0; j<m; j++)
				{
					if(need[i][j]>Work[j])
					{
						f1=0;
					}
				}
				if(f1==1)
				{
					for(int j=0; j<m; j++)
					{
						work[i][j]=Work[j];
						Work[j]=Work[j]+allocation[i][j];
						WaddA[i][j]=Work[j];
					}
					Finish[i]=true;
					p[w++]=i;
					count=0;
				}
			}
		}
		count++;
		if(count>=n)
			break;
	}
	int flag=1;
	for(int i=0; i<n; i++)
	{
		if(Finish[i]==false)
		{
			flag=0;
		}
	}
//	for(int i=0; i<n; i++)
//	{
//		cout<<p[i]<<endl;
//	}
	if(flag==1)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}

void Banker()
{
	cout<<"輸入請求資源的進程號：\n";
	int pid;
	cin>>pid;
	cout<<"輸入請求資源的數量(3類資源,空格隔開)：";
	for(int j=0; j<m; j++)
	{
		cin>>Request[pid][j];
	}
	for(int j=0; j<m; j++)
	{
		if(Request[pid][j]>need[pid][j])
		{
			cout<<"請求資源數量大於Need數量，分配失敗！"<<endl;
			return ;
		}
		else
		{
			if(Request[pid][j]>available[j])
			{
				cout<<"請求資源數量大於Aailable數量，分配失敗！"<<endl;
				return;
			}
		}
	}

	for(int j=0; j<m; j++)
	{
		available[j]=available[j]-Request[pid][j];
		allocation[pid][j]=allocation[pid][j]+Request[pid][j];
		need[pid][j]=need[pid][j]-Request[pid][j];
	}

	bool safe = safety();
	if(safe==true)
	{
		//打印
		print_sequence();
		cout<<"請求成功！！"<<endl;
	}
	else
	{
		cout<<"系統將進入不安全狀態，請求失敗！！"<<endl;
		for(int j=0; j<m; j++)
		{
			available[j]=available[j]+Request[pid][j];
			allocation[pid][j]=allocation[pid][j]-Request[pid][j];
			need[pid][j]=need[pid][j]+Request[pid][j];
		}
	}
}

int main()
{
	int flag=1;
	while(1)
	{
		int sel;
		menu();
		cin>>sel;
		switch(sel)
		{
			case 1:
				init();
				break;
			case 2:
				print();
				break;
			case 3:
				Banker();
				break;
			case 4:
				flag=0;
				break;
		}
		if(flag==0)
			break;
	}
	return 0;
}

運行效果：

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