通过编写一个模拟动态资源分配的银行家算法程序,进一步深入理解死锁、产生死锁的必要条件、安全状态等重要概念,并掌握避免死锁的具体实施方法。
(1)模拟一个银行家算法: 设置数据结构 设计安全性算法(2) 初始化时让系统拥有一定的资源
(3) 用键盘输入的方式申请资源
(4)如果预分配后,系统处于安全状态,则修改系统的资源分配情况
(5)如果预分配后,系统处于不安全状态,则提示不能满足请求
可利用资源向量 int Available[m] m为资源种类
最大需求矩阵 int Max[n][m] n为进程的数量
分配矩阵 int Allocation[n][m]
还需资源矩阵 int need[i][j]=Max[i][j]- Allocation[i][j]
申请资源数量 int Request [m]
工作向量 int Work[m] int Finish[n]
银行家算法bank()函数
(1) 若 Requesti[j] ≤ Need[i,j],转向(2),否则出错。
(2) 若 Requesti[j] ≤ Available[j],转向(3),否则等待。
(3) 系统试探着把资源分配给进程Pi,修改下面内容:
Available[j] = Available[j] – Requesti[j];
Allocation[i,j] = Allocation[i,j] + Requesti[j];
Need[i,j] = Need[i,j] –Requesti[j];
(4) 试分配后,执行安全性算法,检查此次分配后系统是否处于安全状态。若安全,才正式分配;否则,此次试探性分配作废,进程Pi等待。
(1) 初始化:设置两个向量Work(1×m)和Finish(1×n)
Work – 系统可提供给进程继续运行所需各类资源数,初态赋值Available
Finish – 系统是否有足够资源分配给进程,初值false.
(2) 从进程集合中满足下面条件进程:
Finish[i] = false; Need[i,j] ≤ Work[j];
若找到,执行(3),否则,执行(4)。
(3) 进程Pi获得资源,可顺利执行,完成释放所分配的资源。
Work[j] = Work[j]+Allocation[i,j]; Finish[i] = true; go to (2).
(4) 若所有进程Finish[i] = true,表示系统处于安全状态,否则处于不安全状态。
先对用户提出的请求进行合法性检查,即检查请求的是否不大于需要的,是否不大于可利用的。 若请求合法,则进行试分配。最后对试分配后的状态调用安全性检查算法进行安全性检查。 若安全,则分配,否则,不分配,恢复原来状态,拒绝申请。
假定系统中有五个进程{P0、P1、P2、P3、P4}和三种类型资源{A、B、C},每一种资源的数量分别为10、5、7。各进程的最大需求、T0时刻资源分配情况如下所示。
①T0时刻是否安全?
② T0之后的T1时刻P1请求资源Request1(1,0,2)是否允许?
③ T1之后的T2时刻P4请求资源Request4(3,3,0)是否允许?
④ T2之后的T3时刻P0请求资源Request0(0,2,0)是否允许?
解:
① T0时刻是否安全? 工作向量Work.它表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源的数目
(1) T0时刻安全性分析
存在安全序列{P1, P3, P4, P0, P2},系统安全。
(2) T0之后的T1时刻P1请求资源Request1(1,0,2)可否允许?
①Request1(1,0,2) ≤ Need1(1,2,2),P1请求在最大需求范围内
②Request1(1,0,2) ≤ Available1(3,3,2),可用资源可满足P1请求需要
③假定可为P1分配,修改Available,Allocation1,Need1向量
Available(2,3,0) = Available(3,3,2)-Request1(1,0,2);
Need1(0,2,0) = Need1(1,2,2)-Request1(1,0,2);
Allocation1(3,0,2) =Allocation1(2,0,0)+Request1(1,0,2);
④利用安全性算法检查试探将资源分配后状态的安全性
存在安全序列{P1, P3, P4, P0, P2},所以试探将资源分配给进程P1后的状态是安全的,可将资源分配给进程P1。
③ T1之后的T2时刻P4请求资源Request4(3,3,0)是否允许?
Request4(3,3,0)≤Need4(4,3,1),P4请求在最大需求范围内。
Request4(3,3,0)≤Available(2,3,0)不成立,即可用资源暂不能满足P4请求资源需要,P4阻塞等待。
P4请求资源Request4(3,3,0)不允许。
④ T2之后的T3时刻P0请求资源Request0(0,2,0)是否允许?
Request0(0,2,0)≤Need0(7,4,3);
Request0(0,2,0)≤Available(2,3,0);
系统暂时先假定可为P0分配资源,并修改有关数据,如下图所示:
进行安全性检查:可用资源Available(2,1,0)已不能满足任何进程的需要,故系统进入不安全状态,此时系统不分配资源。
程序共有以下五个部分:
(1).初始化init():输入进程数量、资源种类、资源可利用量、进程资源已分配量、进程最大需求量
(2).当前安全性检查safe():用于判断当前状态安全
(3).银行家算法bank():进行银行家算法模拟实现的模块
(4).显示当前状态show():显示当前资源分配详细情况
(5).主程序main():逐个调用初始化、显示状态、安全性检查、银行家算法函数,使程序有序的进行
1 #include<stdio.h> 2 #include<stdlib.h> 3 4 #define False 0 5 #define True 1 6 7 /********主要数据结构********/ 8 char NAME[100]={0};//资源的名称 9 int Max[100][100]={0};//最大需求矩阵 10 int Allocation[100][100]={0};//系统已分配矩阵 11 int Need[100][100]={0};//还需要资源矩阵 12 int Available[100]={0};//可用资源矩阵 13 int Request[100]={0};//请求资源向量 14 int Work[100]={0};//存放系统可提供资源量 15 int Finish[100]={0}; //标记系统是否有足够的资源分配给各个进程 16 int Security[100]={0};//存放安全序列 17 18 int M=100;//进程的最大数 19 int N=100;//资源的最大数 20 21 /********初始化数据:输入进程数量、资源种类、各种资源可利用数量、 22 各进程对资源最大需求量、各进程的资源已分配数量等。********/ 23 void init() 24 { 25 /* m为进程个数,即矩阵行数,n为资源种类,即矩阵列数。*/ 26 int i,j,m,n; 27 int number,flag; 28 char name;//输入资源名称 29 int temp[100]={0};//统计已经分配的资源 30 //输入系统资源数目及各资源初试个数 31 printf("系统可用资源种类为:"); 32 scanf("%d",&n); 33 N=n; 34 for(i=0;i<n;i++) 35 { 36 printf("资源%d的名称:",i); 37 fflush(stdin); //清空输入流缓冲区的字符,注意必须引入#include<stdlib.h>头文件 38 scanf("%c",&name); 39 NAME[i]=name; 40 printf("资源%c的初始个数为:",name); 41 scanf("%d",&number); 42 Available[i]=number; 43 } 44 45 //输入进程数及各进程的最大需求矩阵 46 printf("\n请输入进程的数量:"); 47 scanf("%d",&m); 48 M=m; 49 printf("请输入各进程的最大需求矩阵的值[Max]:\n"); 50 do{ 51 flag = False; 52 for(i=0;i<M;i++) 53 for(j=0;j<N;j++) 54 { 55 scanf("%d",&Max[i][j]); 56 if(Max[i][j]>Available[j]) 57 flag = True; 58 } 59 if(flag) 60 printf("资源最大需求量大于系统中资源最大量,请重新输入!\n"); 61 } while(flag); 62 63 64 //输入各进程已经分配的资源量,并求得还需要的资源量 65 do{ 66 flag=False; 67 printf("请输入各进程已经分配的资源量[Allocation]:\n"); 68 for(i=0;i<M;i++) 69 { 70 for(j=0;j<N;j++) 71 { 72 scanf("%d",&Allocation[i][j]); 73 if(Allocation[i][j]>Max[i][j]) 74 flag=True; 75 Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j]; 76 temp[j]+=Allocation[i][j];//统计已经分配给进程的资源数目 77 } 78 } 79 if(flag) 80 printf("分配的资源大于最大量,请重新输入!\n"); 81 }while(flag); 82 83 //求得系统中可利用的资源量 84 for(j=0;j<N;j++) 85 Available[j]=Available[j]-temp[j]; 86 } 87 88 /********显示资源分配矩阵********/ 89 void showdata() 90 { 91 int i,j; 92 printf("*************************************************************\n"); 93 printf("系统目前可用的资源[Available]:\n"); 94 for(i=0;i<N;i++) 95 printf("%c ",NAME[i]); 96 printf("\n"); 97 for(j=0;j<N;j++) 98 printf("%d ",Available[j]); 99 printf("\n"); 100 printf("系统当前的资源分配情况如下:\n"); 101 printf(" Max Allocation Need\n"); 102 printf("进程名 "); 103 //输出与进程名同行的资源名,Max、Allocation、Need下分别对应 104 for(j=0;j<3;j++){ 105 for(i=0;i<N;i++) 106 printf("%c ",NAME[i]); 107 printf(" "); 108 } 109 printf("\n"); 110 //输出每个进程的Max、Allocation、Need 111 for(i=0;i<M;i++){ 112 printf(" P%d ",i); 113 for(j=0;j<N;j++) 114 printf("%d ",Max[i][j]); 115 printf(" "); 116 for(j=0;j<N;j++) 117 printf("%d ",Allocation[i][j]); 118 printf(" "); 119 for(j=0;j<N;j++) 120 printf("%d ",Need[i][j]); 121 printf("\n"); 122 } 123 } 124 125 /********尝试分配资源********/ 126 int test(int i) //试探性的将资源分配给第i个进程 127 { 128 for(int j=0;j<N;j++) 129 { 130 Available[j]=Available[j]-Request[j]; 131 Allocation[i][j]=Allocation[i][j]+Request[j]; 132 Need[i][j]=Need[i][j]-Request[j]; 133 } 134 return True; 135 } 136 137 /********试探性分配资源作废********/ 138 int Retest(int i) //与test操作相反 139 { 140 for(int j=0; j<N; j++) 141 { 142 Available[j] = Available[j] + Request[j]; 143 Allocation[i][j] = Allocation[i][j] - Request[j]; 144 Need[i][j] = Need[i][j] + Request[j]; 145 } 146 return True; 147 } 148 149 /********安全性算法********/ 150 int safe() 151 { 152 int i,j,k=0,m,apply; 153 //初始化work 154 for(j=0;j<N;j++) 155 Work[j] = Available[j]; 156 //初始化Finish 157 for(i=0;i<M;i++) 158 Finish[i] = False; 159 //求安全序列 160 for(i=0;i<M;i++){ 161 apply=0; 162 for(j=0;j<N;j++){ 163 if(Finish[i]==False && Need[i][j]<=Work[j]) 164 { 165 apply++; 166 //直到每类资源尚需数都小于系统可利用资源数才可分配 167 if(apply==N) 168 { 169 for(m=0;m<N;m++) 170 Work[m]=Work[m]+Allocation[i][m];//更改当前可分配资源 171 Finish[i]=True; 172 Security[k++]=i; 173 i=-1; //保证每次查询均从第一个进程开始 174 } 175 } 176 } 177 } 178 179 for(i=0;i<M;i++){ 180 if(Finish[i]==False){ 181 printf("系统不安全\n");//不成功系统不安全 182 return False; 183 } 184 } 185 printf("系统是安全的!\n");//如果安全,输出成功 186 printf("存在一个安全序列:"); 187 for(i=0;i<M;i++){//输出运行进程数组 188 printf("P%d",Security[i]); 189 if(i<M-1) 190 printf("->"); 191 } 192 printf("\n"); 193 return True; 194 } 195 196 /********利用银行家算法对申请资源进行试分********/ 197 void bank() 198 { 199 int flag = True;//标志变量,判断能否进入银行家算法的下一步 200 int i,j; 201 202 printf("请输入请求分配资源的进程号(0-%d):",M-1); 203 scanf("%d",&i);//输入须申请资源的进程号 204 205 printf("请输入进程P%d要申请的资源个数:\n",i); 206 for(j=0;j<N;j++) 207 { 208 printf("%c:",NAME[j]); 209 scanf("%d",&Request[j]);//输入需要申请的资源 210 } 211 212 //判断银行家算法的前两条件是否成立 213 for (j=0;j<N;j++) 214 { 215 if(Request[j]>Need[i][j])//判断申请是否大于需求,若大于则出错 216 { 217 printf("进程P%d申请的资源大于它需要的资源",i); 218 printf("分配不合理,不予分配!\n"); 219 flag = False; 220 break; 221 } 222 else 223 { 224 if(Request[j]>Available[j])//判断申请是否大于当前可分配资源,若大于则出错 225 { 226 printf("进程%d申请的资源大于系统现在可利用的资源",i); 227 printf("\n"); 228 printf("系统尚无足够资源,不予分配!\n"); 229 flag = False; 230 break; 231 } 232 } 233 } 234 //前两个条件成立,试分配资源,寻找安全序列 235 if(flag) { 236 test(i); //根据进程需求量,试分配资源 237 showdata(); //根据进程需求量,显示试分配后的资源量 238 if(!safe()) //寻找安全序列 239 { 240 Retest(i); 241 showdata(); 242 } 243 } 244 } 245 246 247 int main()//主函数 248 { 249 char choice; 250 printf("\t---------------------------------------------------\n"); 251 printf("\t|| ||\n"); 252 printf("\t|| 银行家算法的实现 ||\n"); 253 printf("\t|| ||\n"); 254 printf("\t|| ||\n"); 255 printf("\t|| 在此输入个人姓名:****** ||\n"); 256 printf("\t|| ||\n"); 257 printf("\t---------------------------------------------------\n"); 258 init();//初始化数据 259 showdata();//显示各种资源 260 //用银行家算法判定系统当前时刻是否安全,不安全就不再继续分配资源 261 if(!safe()) exit(0); 262 263 do{ 264 printf("*************************************************************\n"); 265 printf("\n"); 266 printf("\n"); 267 printf("\t-------------------银行家算法演示------------------\n"); 268 printf(" R(r):请求分配 \n"); 269 printf(" E(e):退出 \n"); 270 printf("\t---------------------------------------------------\n"); 271 printf("请选择:"); 272 fflush(stdin); //清空输入流缓冲区的字符,注意必须引入#include<stdlib.h>头文件 273 scanf("%c",&choice); 274 switch(choice) 275 { 276 case 'r': 277 case 'R': 278 bank();break; 279 case 'e': 280 case 'E': 281 exit(0); 282 default: printf("请正确选择!\n");break; 283 } 284 } while(choice); 285 } 286 287