实验银行家算法.docx
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实验银行家算法
实验三银行家算法
一、实验目的和意义
了解掌握银行家算法，学会模拟实现资源分配，同时有要求编写和调试一个系统分配资源的简单模拟程序，观察死锁产生的条件，并使用适当的算法，有效的防止和避免死锁的发生
二、方案设计及开发过程
1.实验背景
在多道程序系统中，虽可借助与多个进程的并发执行，来改善系统的资源利用率，提高系统的吞吐量，但可能发生一种危险---死琐。
产生死锁的原因可归结为两点：
1：
竞争资源。
当系统中供多个进程共享的资源如打印机、公用队列等，其数目不足以满足诸进程的需要时，会引起诸进程对资源的竞争而产生死锁。
2：
进程间推进顺序非法。
进程在运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，也同样会导致产生进程死锁。
最有代表性的避免死锁的算法，是Dijkstra的银行家算法。
这是由于该算法能用与银行系统现金贷款的发放而得名的。
2.算法描述
设Request[i]是进程Pi的请求向量，如果Requesti[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，系统按下面步骤进行检查：
（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]<=Available[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[j]-Requesti[j];
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.数据结构
银行家算法中的数据结构：
（1）可利用资源向量Available。
这是一个含有n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m*n的矩阵，它定义了系统中n个进程中每一个进程对m类资源的最大需求。
如果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m*n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n*m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。
（5）工作数组Work.。
这是一个含有n个元素的数组，它代表可以提供分配的资源数，初始值是Available中的数值，随着资源的回收，它的值也会改变，公式是Work[i]=Work[i]+Allocation[i]。
4.主要函数说明
主要函数主要有四个：
（1）Main（）主函数：
用来显示资源的分配情况和提示信息，同时用Main函数来调用其它子程序。
（2）Safe（）函数：
用来检查是否有安全序列，如果存在则返回一个‘1’给主函数，否则返回‘0’。
（3）Disp（）函数：
用来显示随机生成的资源包括Max、Need、Allocation、Available。
（4）Request（）函数：
用来进行资源请求，分为手动的和随机申请。
同时对申请的资源进行判断，检查申请是否有效，如果有效则返回一个‘1’给主函数，否则返回‘0’。
5.算法流程图
N
Y
Y
N
N
Y
N
Y
Y
三、调试记录与分析
在调试过程中为了显示安全序列的检查状况，在检查Available是否满足Need时要检查m*n遍，并存在表达有歧异，经过修改后，就不需要全部检查，而是Available只要有一个不满足Need就停止检查。
图3.1修改前
图3.2修改后
四、运行结果及说明
图4.1.不存在安全序列
随机分配完资源后，进行安全检查，在检查过程中在屏幕上显示检查信息，上图为资源分配不安全时显示的信息。
图4.2.存在安全路径
存在安全路径后，在屏幕上显示变化过程和安全路径。
提示是否申请资源
图4.3.申请资源
提出申请后，询问进行随机分配资源还是手动分配
图4.4手动分配
图4.5.随机分配
五、实验总结
附录
#include
#include
#include
#defineM3
#defineN3
intNeed[M][N],Allocation[M][N],Avalible[N],Max[M][N],finish[N];
//Need:
进程需要的资源数Allocation:
进程已分配的资源;Avalible:
进程可供分配的资源
voiddisplay（int*a,intn）//显示一维数组
{inti;
for（i=0;iprintf（"%3d",a[i]）;
}
voiddisp（）//显示资源列表
{inti,j,k,h,l;
printf（"Nnumber\tMax\t\tneed\t\tallocation\tavalible\n"）;
for（i=0;i{printf（"p%d\t",i）;
display（Max[i],N）;
printf（"\t"）;
display（Need[i],N）;
printf（"\t"）;
display（Allocation[i],N）;
printf（"\t"）;
if（i==0）
display（Avalible,N）;
printf（"\n"）;
}}
intgrand（int*a,int*b,intn）//分配资源
{inti;
for（i=0;ia[i]=b[i];
}
intcheck（int*a,int*b,intn）//检查Allocation是否与Max相等
{inti;
for（i=0;i{if（a[i]return1;
}
intcompare（int*a,int*b,intn）//比较数组的大小
{inti;
charflag;
for（i=0;i{if（a[i]return0;
}
return1;
}
intcomp（int*a,int*b,intn,intm）//比较数组
{inti;
for（i=0;i{if（a[i]>b[i]）
{if（m==1）
printf（"requestNumber%dresoucehaveanerrorrequestoverflowavalible[%d]\n",i+1,i）;
if（m==2）
printf（"requestNumber%dresoucehaveanerrorrequestoverflowNeed[%d]\n",i+1,i）;
return0;}}
return1;
}
voiddec（int*a,int*b,intn）//数组相减
{inti;
for（i=0;ia[i]-=b[i];
}
charinput（）//输入数据
{charc;
c=getchar（）-0x30;
returnc;
}
voidadd（int*a,int*b,intn,intm）//数组相加
{inti;
for（i=0;ia[i]+=b[i];
for（i=0;i{if（m==0）printf（"Avalible[%d]=%d",i,a[i]）;
if（m==3）printf（"\n"）;
if（m==1）printf（"workvaluesechangedwork[%d]=%d\n",i,a[i]）;
}
printf（"\n"）;
}
//检查安全序列
intsafe（）
{inti,count=0,n,j,r1=1;
intwork[N],sr[M],flag;
intfinish1[N];
grand（work,Avalible,N）;
printf（"checksafelist......\n"）;
for（i=0;ifinish1[i]=-1;
for（n=0;n{for（i=0;i{flag=compare（work,Need[i],N）;
if（flag==0）{printf（"can'tsatisfyprocess[%d]->need[%d]",n,i）;break;}
if（finish1[i]==-1&&flag==1&&finish[i]==-1）
{printf（"findarightneed----process[%d]->need[%d]\n",n,i）;
add（work,Allocation[i],N,r1）;
finish1[i]=1;sr[count]=i;
count++;//记录安全序列
}}}
if（count>=M）
{printf（"-----haveansafelist-----\n"）;
for（i=0;i{if（i!
=M-1）
printf（"p%d->",sr[i]）;
else
printf（"p%d\n",sr[i]）;
}return1;}
else
{printf（"afterchecktherenosafelist.....\n"）;
printf（"can'tapplyresouce\n"）;
return0;
}}
//随机请求资源
intran_request（）
{inti,flag1,flag2,r1=1,r2=2,r3=3;
intrequest[N],pn;
pn=rand（）%2;
printf（"Process[%d]callforresouce\n",pn）;
for（i=0;irequest[i]=rand（）%5;
for（i=0;ifinish[i]=-1;
printf（"randomproducerequest[%d]:
",N）;
display（request,N）;
printf（"\n"）;
if（finish[pn]==-1）//finish记录进程是否分配完成{
flag1=comp（request,Avalible,N,r1）;
flag2=comp（request,Need[pn],N,r2）;
if（flag1==1&&flag2==1）
{printf（"callforrequestavalible"）;
dec（Avalible,request,N）;
dec（Need[pn],request,N）;
add（Allocation[pn],request,N,r3）;
disp（）;
if（safe（）==1）
{if（check（Allocation[pn],Max[pn],N）==1）
{add（Avalible,Allocation[pn],N,0）;
finish[pn]=1;}
return1;}
else
return0;}}
else
printf（"theresoucehaveassingned\n"）;
}
intrequest（）//手动申请资源
{inti,j,pn,c,flag1,flag2,r1=1,r2=2,r3=3,k=0;
intrt[N];
printf（"pleaseinputtheprocessnumberwhichyouwant:
"）;
scanf（"%d",&pn）;
if（pn>M-1）printf（"inputerror!
!
"）;
else
{printf（"\npleaseinputtherequestnumber:
\n"）;
for（i=0;i{getchar（）;
printf（"The%drquest:
\n",i）;
rt[i]=input（）;}
printf（"Yourrequestis锛歕n"）;
display（rt,N）;
if（finish[pn]==-1）
{flag1=comp（rt,Avalible,N,r1）;
flag2=comp（rt,Need[pn],N,r2）;
if（flag1==1&&flag2==1）
{printf（"callforrequestavalible"）;
dec（Avalible,rt,N）;
dec（Need[pn],rt,N）;
add（Allocation[pn],rt,N,r3）;
disp（）;
if（safe（）==1）
{if（check（Allocation[pn],Max[pn],N）==1）
{add（Avalible,Allocation[pn],N,0）;
finish[pn]=1;
k++;}
return1;}
elsereturn0;}}
else
printf（"Theresoucehaveassigned\n"）;
}}
intmain（）
{inti,j,s_flag;
charc,s;
intav[N],s_ll[M][N];
for（i=0;i{finish[i]=-1;}
srand（time（NULL））;
for（i=0;ifor（j=0;j{Allocation[i][j]=rand（）%10;
Need[i][j]=rand（）%10;
Max[i][j]=Allocation[i][j]+Need[i][j];
}
for（i=0;i{Avalible[i]=rand（）%12;}
disp（）;s_flag=safe（）;
if（s_flag==1）
{printf（"是否申请资源---（Y/N）\n"）;
c=getchar（）;
if（c=='Y'||c=='y'）
{
N1:
printf（"1---------randomrequestresouce\n"）;
printf（"2---------requestresoucebyman\n"）;
grand（av,Avalible,N）;//保存原始的available的值
for（i=0;i{grand（s_ll[i],Allocation[i],N）;}
getchar（）;
Mnu:
s=getchar（）;
switch（s）
{case'1':
if（ran_request（）==1）
{printf（"continuerequest（Y/N）\n"）;
getchar（）;c=getchar（）;
if（c=='Y'||c=='y'）
gotoN1;}
else
{grand（Avalible,av,N）;
for（i=0;igrand（Allocation[i],s_ll[i],N）;}
break;
case'2':
if（request（）==1）{
printf（"continuerequest（Y/N）\n"）;
getchar（）;c=getchar（）;
if（c=='Y'||c=='y'）
gotoN1;}
else
{grand（Avalible,av,N）;
for（i=0;igrand（Allocation[i],s_ll[i],N）;}
break;
default:
printf（"inputerror,pleaseinputagin...\n"）;gotoMnu;
}}
if（c=='N'||c=='n'）
printf（"Thankforyouruse....\n"）;}
return0;}
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