OS_死鎖_銀行家算法和安全性測試算法：C++實現

時間 2020-06-20

原文原文鏈接

1、實驗目的：
經過對銀行家算法的模擬加深對避免死鎖的理解，掌握銀行家算法和安全性測試算法；
2、實驗內容：
系統中有m個同類資源，被n個進程共享，每一個進程對資源的最大需求數分別爲S一、S二、…、Sn，且Max（Si）<=m（i=1，2，…，n）。進程能夠動態地申請資源和釋放資源。編寫一個程序，實現銀行家算法模擬分配資源以及進行安全性檢測。當系統將資源分配給某一進程而不會死鎖時，就分配之。不然，推遲分配，並顯示適當信息。
3、實驗要求：ios

將本實驗分紅兩個階段，第一階段實現系統安全性檢測算法（在系統安全的狀況下要求輸出安全序列），第二階段實現銀行家算法。

要求用戶能自主地輸入不一樣的向量矩陣。

程序能正確輸出不一樣的運算結果。

程序應具有良好的容錯能力。

首先是頭文件和預處理算法

#include<iostream>
#include<fstream>

#define pnum 5
#define rnum 3

pnum是processnum也就是進程數量，rnum是resourcenum也就是資源數量，這是一個關於如何合理的分配資源給進程的算法，在操做系統書上有講解，但願讀者區看看。數組

//定義安全性算法的數據結構
int sign[pnum],//安全序列
    work[pnum][rnum],//記錄要顯示的work，由算法種的work賦值獲得，方便打印輸出
	workAll[pnum][rnum];//work+allocation

//定義銀行家算法的數據結構
int Available[pnum],//可用資源向量available
	Max[pnum][rnum],//最大需求向量，每一個進程的最大需求
	Allocation[pnum][rnum],//分配矩陣，至關於當前已經分配了
	Need[pnum][rnum];//max-allocation，當前還需資源數目向量

根據書上的內容能夠做出以下的定義，銀行家算法的可用資源，最大等（有批註)，安全性算法的work是爲了顯示，後面的算法中會有體現，work+allocation是根書上保持一致因此這樣的一個定義，具體的能夠根據書上的表格進行比較，話很少說，老規矩，main函數分析。安全

首先在main函數中咱們是須要申請多少的資源，是哪一個進程申請，因此咱們須要定義個request二維數組，進行一個資源的申請，行爲進程pnum列爲資源rnum
這時候，看了我前面的應該知道，咱們須要進行一個建立，咱們最大資源是多少，有多少個進程什麼什麼的，這些能夠根據書上的已知條件，從而知道咱們有多少數據須要用戶進行一個輸入。數據結構

creat函數進行一個封裝，初始化

基本思想：將max，allocation，need，available數組裝載數值，有些是一維，有些是二維，根據書上的已知條件能夠獲得如何建立，這裏可能有些讀者沒書，在此給出代碼函數

//初始化
void creat(){
	for(int i = 0;i<pnum;i++){
		cout<<"請輸入第 "<<i<<" 個進程的數據："<<endl;
		cout<<"MAX:第"<<i<<"個進程一共須要申請多少個資源（A B C）:";
			for(int j=0;j<rnum;j++)
				cin>>Max[i][j];
			cout<<"Allocation：已得到的資源數量(A B C):  ";
			for(int j=0;j<rnum;j++)
				cin>>Allocation[i][j];
			cout<<"Need：還須要的資源數量(A B C):  ";
			for(int j=0;j<rnum;j++)
				cin>>Need[i][j];

			if(i==0){
				cout<<"Available：現有資源的數量(A B C):  ";
                for(int j = 0;j < rnum;j++)
                        cin>>Available[j];
			}
	}
}

這時候咱們回到咱們的main，建立好了以後咱們須要輸入request數組中是哪一個進程申請資源數量爲多少，爲了讓讀者閱讀方便，在此也給出代碼測試

while(true){
		cout<<endl<<"請輸入Request[進程標號i][資源類型j]:"<<endl;
        cout<<"進程i=：";
        cin>>i;
        cout<<"各種資源數量(A B C):  ";
            for(int j = 0;j < rnum;j++)
                cin>>Request[i][j];
            cout<<endl;
        //執行銀行家算法
            int res = Banker(i,Request);
        //輸出每次判斷產生的執行序列
            cout<<endl<<"當前的資源分配表："<<endl;
            show(res);
	}

你會發現有banker裏面的參數是進程幾申請資源，最終返回的結果用來輸出，那麼咱們的show應該如何的進行定義呢？
咱們得顯示咱們的資源分配表，若是說安全性算法後還有一個安全隊列，咱們得輸出安全性隊列下的work等一系列，若是沒有，咱們就輸出咱們各個進程初始信息，all+need+available。讓用戶明白本身的申請的問題出錯在哪。操作系統

show：資源分配表的定義

首先show函數得接收一個值，res，表示有無安全序列，若是有，就是個人進程數，若是沒有，就是不能構成安全序列咱們須要輸出它的初始信息
這裏直接給源碼，但願讀者讀懂後能夠評論區留言說說你的理解code

void show(int res){
	if(res == pnum){
		cout<<" 進程號--"<<" Work[A,B,C]"
		<<" Need[A,B,C]"<<" Allocation[A,B,C]"<<" Work+Allocation[A,B,C]"<<" Finish"<<endl;
        for(int i = 0;i < pnum;i++) {
            for(int j = 0;j < rnum;j++)
                cout<<work[sign[i]][j]<<" ";
            cout<<'\t'<<'\t';
            for(int j = 0;j < rnum;j++)
                cout<<Need[sign[i]][j]<<" ";
            cout<<'\t'<<'\t';
            for(int j = 0;j < rnum;j++)
                cout<<Allocation[sign[i]][j]<<" ";
            cout<<'\t'<<'\t';
            for(int j = 0;j < rnum;j++)
                cout<<workAll[sign[i]][j]<<" ";
            cout<<'\t'<<'\t';
            cout<<"true"<<endl;
        }
	cout<<endl<<"安全序列爲：{p["<<sign[0]<<"]";
	for(int m = 1;m<pnum;m++){
		cout<<",p["<<sign[m]<<"]";
	}
	cout<<"}"<<endl;
}
	else{//沒經過輸出信息
		cout<<" 進程號--"<<" Allocation[A,B,C]"
			<<" Need[A,B,C]"<<" Available[A,B,C]"<<endl;
		for(int k = 0;k < 5;k++){
			cout<<'\t'<<"P["<<k<<"]"<<'\t'<<'\t';
			for(int j = 0;j < 3;j++)cout<<Allocation[k][j]<<" ";
			cout<<'\t'<<'\t';
			for(int j = 0;j < 3;j++)cout<<Need[k][j]<<" ";
			cout<<'\t'<<'\t';
			if(k == 0) {
				for(int j = 0;j < 3;j++)
				cout<<Available[j]<<" ";
			}
			cout<<endl;
		}
	}
}

如今進入正題隊列

銀行家算法banker（i，request[][rnum]）

基本思想：第一步，//判斷request內的資源是否比可用總數和進程i總共所需的大小，這是基本的條件
如何的實現呢？

for(int j = 0;j < rnum;j++) {
        if(Request[i][j] > Need[i][j]){
            cout<<"分配失敗------>"<<endl<<"所需資源數超出其宣佈的最大值!"<<endl;
            return 0;
        } else if(Request[i][j] > Available[j]) {
                    cout<<"分配失敗------>"<<endl<<"無足夠資源，p["<<i<<"]須要進行wait"<<endl;
                    return 0;
                }
        }

若是經過了，咱們試着分配資源，進行安全性算法，若是沒經過就直接返回了error，也會輸出提示信息。

嘗試分配資源咱們應該怎麼作呢？

首先讓資源總數available減去request，讓進程的allocation加上申請的，need也須要減去request。
大體理解：由於你申請了資源如今在假定分配，因此分配給你了系統的可用資源就要減小，當前進程的已用資源就要增長，目前還需資源就也要減小，由於系統已經知足你的需求了。

for(int j = 0;j < rnum;j++) {
                Available[j] = Available[j] - Request[i][j];
                Allocation[i][j] = Allocation[i][j] + Request[i][j];
                Need[i][j] = Need[i][j] - Request[i][j];
        }

執行安全性算法，根據安全性算法的返回值，肯定是否有隊列，最終輸出顯示的狀況
後續代碼我只給出執行安全性算法，如何讓系統交互作的更好留給讀者。

int n = Safe(Available,Need,Allocation);
        cout<<endl;

        if(n == pnum) {//有5個'true'返回1，表示此時刻安全

接下來來到安全性算法safe，它帶了參數available和need和allocation

咱們爲了方便運算，原來的work爲了存放available總數加上釋放，因此咱們這裏新建一個work數組，它是一維的，由於它只須要將一組的數據進行一個傳遞，finish數組的定義爲了判斷是否有一個隊列，因此它的大小爲pnum。這裏給出定義，ijmn是根據個人需求進行一個添加

int Safe(int Available[],int Need[][rnum],int Allocation[][rnum]) {
	int i=0,j=0,m=0,n=0;
	int Work[rnum],Finish[pnum] = {0,0,0,0,0};

接下來咱們將咱們的可用資源數目給咱們的work臨時一維數組。

進入一個大while，只要咱們的i<進程總數pnum咱們就繼續在循環中找。這裏你應該明白i是爲了計數，看看有無這麼多的進程完成，若是實在沒有咱們的掃描也會結束，到時候finish和i的值都不是理想值

只要對應的finish[i]是等於0 的說明尚未被加入就緒隊列，首先判斷現有的資源總量可否知足它的需求，能夠知足咱們就進行一個分配。這裏分配後直接釋放了，因此咱們能夠直接讓work加上allocation中當前i進程的已用資源allocation，在這以前用咱們的work二維數組記錄下咱們當前的work再去加進行一個變化，這樣在循環中，work中就是顯示未釋放的狀態中的可用資源，讓咱們的workall等於咱們的一維數組work，有些許繞，我附上小部分的代碼，但願讀者鑽研一下。

if(j == rnum){//若是need的三個資源均可以被知足，就分配而且釋放和記錄
				 for(int k = 0;k < rnum;k++){
                    work[i][k] = Work[k];//記錄分配前的可用的資源總數
                    Work[k] = Work[k]+Allocation[i][k];
					workAll[i][k] = Work[k];
				}

若是咱們這一步成功了，說明是能夠分配的，讓咱們的安全序列數組sign中的第一個m變成i。finish[i]=1,i=-1,m++.
i 等於-1是由於在咱們的if(Finish[i]==0){後還有一段代碼，咱們慢慢分析

咱們是從頭開始掃描，因此若是沒加入，或者已經加入過了咱們必須讓咱們的i++，讓咱們的j(用於檢查可用資源是否知足的一個變量）歸零。因此在if中咱們的i=-1，在外++就變成了0，就是繼續從首部查找。

最終根據finish中是否有0，咱們能夠獲得咱們是該返回pnum仍是其餘數字了。

到此已經講述完了，但願讀者可以仔細思考一下問題，後續結果有人提問我再在評論區更新！！！