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  • 银行家算法求安全序列
    千次阅读
    2020-12-20 13:27:09

    用银行家算法求解安全序列

    进程最大需求已分配需要总计可用
    ABCDABCDABCDABCDABCD
    P1411130111100
    P2021201000112
    P34210111031006342(已知)1020
    P4112111010020
    P5211000002110

    最大需求、已分配、总计是已知的
    需要=最大需求 - 已分配(依次计算即可)
    可用=总计 - 已分配之和 = 6341 - 5322 = 1020

    P1:(1,1,0,0)> (1, 0, 2, 0) 不满足
    P2: (0,1,1,2)> (1,0,2,0) 不满足

    最终结果:<P4, P5, P1, P2, P3>

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  • 银行家算法安全序列

    万次阅读 2019-11-16 17:48:22
    要解释银行家算法,必须先解释操作系统安全状态和不安全状态。 1)安全状态:如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1,…,Pn,则系统处于安全状态。安全状态一定是没有死锁发生。 2)不安全状态:不存在一个...

    前言

    要解释银行家算法,必须先解释操作系统安全状态和不安全状态。

    1)安全状态:如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1,…,Pn,则系统处于安全状态。安全状态一定是没有死锁发生。

    2)不安全状态:不存在一个安全序列。不安全状态不一定导致死锁。

    那么什么是安全序列呢?

    安全序列:一个进程序列{P1,…,Pn}是安全的,如果对于每一个进程Pi(1≤i≤n),它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj (j < i )当前占有资源量之和。

    算法思路

    参数介绍:

    n:系统中进程的总数

    m:资源类总数

    Available:可用剩余资源

    Max:最大需求

    Allocation:已分配资源

    Need:需求(缺少)资源

    安全性检查的步骤:

    step (1)

    Work=Available;

    Finish=false;

    step (2)

    寻找满足条件的i:

    a.Finish==false;

    b.Need<=Work;

    如果不存在,goto step(4)

    step(3)

    Work=Work+Allocation;

    Finish=true;

    goto step(2)

    step (4)

    若对所有i,Finish=true,则系统处于安全状态,否则处于不安全状态

    代码

    #include <iostream>
    #include <vector>
    #include <cstring>
    using namespace std;
    
    /*
     *  n:系统中进程的总数
     *  m:资源总数
     */
    int n, m;
    /*
     *  Available:可用剩余资源
     *  Max:最大需求
     *  Allocation:已分配资源
     *  Need:需求资源
     */
    int **Max, **Allocation, **Need, *Avaliable;
    /*
     *  Work:动态存储当前Available的值
     *  Finish:判断进程i是否为安全序列之一(0:不是  1:是)
     *  result:存储安全序列
     */
    int *Work, *Finish;
    vector<int> result;
    
    bool check() {
    	Work = new int[m];
    	for (int i = 0; i < m; i++) {
    		Work[i] = Avaliable[i];
    	}
    	Finish = new int[n];
    	memset(Finish, 0, n * sizeof(Finish));  // 初始化数组为0
    
    	for (int tmp = 0; tmp < n; tmp++) {
    		for (int i = 0; i < n; i++) {
    			if (Finish[i] == 0) {
    				int ans = 0;
    				for (int j = 0; j < m; j++) {
    					if (Need[i][j] <= Work[j]) {
    						ans++;
    					}
    				}
    				if (ans == m) {  // 满足安全序列条件
    					for (int j = 0; j < m;j++) {
    						Work[j] += Allocation[i][j];
    					}
    					Finish[i] = 1;
    					result.push_back(i);
    					break;
    				}
    			}
    		}
    	}
    	for (int i = 0; i < n; i++) {
    		if (Finish[i] == 0) {
    			return false;
    		}
    	}
    	return true;
    }
    
    int main() {
    	cout << "请输入进程总数n和资源总数m:" << endl;
    	cin >> n >> m;
    	
    	// 动态初始化二维数组
    	Max= new int *[n];
    	Allocation = new int *[n];
    	Need = new int*[n];
    	for (int i = 0; i < n; i++) {
    		Max[i] = new int [m];
    		Allocation[i] = new int [m];
    		Need[i] = new int[m];
    	}
    	Avaliable = new int[m];
    
    	cout << "请输入各个进程已分配的资源数(Allocation):" << endl;
    	for (int i = 0; i < n; i++) {
    		cout << "进程" << char('A' + i) << ":";
    		for (int j = 0; j < m; j++) {
    			cin >> Allocation[i][j];
    		}
    	}
    	cout << "请输入各个进程的最大需求资源数(Max):" << endl;
    	for (int i = 0; i < n; i++) {
    		cout << "进程" << char('A' + i) << ":";
    		for (int j = 0; j < m; j++) {
    			cin >> Max[i][j];
    		}
    	}
    	cout << "请输入当前系统可用剩余资源数(Avaliable):" << endl;
    	for (int i = 0; i < m; i++) {
    		cin >> Avaliable[i];
    	}
    	// 手动计算各个进程缺少的资源数(Need)
    	for (int i = 0; i < n; i++) {
    		for (int j = 0; j < m; j++) {
    			Need[i][j] = Max[i][j] - Allocation[i][j];
    		}
    	}
    
    	if (check()) {
    		cout << "系统处于安全状态!\n安全序列为:";
    		for (int x : result) {
    			cout << char('A' + x) << " ";
    		}
    		cout << endl;
    	}
    	else {
    		cout << "系统处于非安全状态!!" << endl;
    	}
    	return 0;
    }
    
    
    /*
    
    4 3
    1 0 0
    5 1 1
    2 1 1
    0 0 2
    3 2 2
    6 1 3
    3 1 4
    4 2 2
    1 1 2
    
    */
    
    展开全文
  • C++实现银行家算法 这几天的专业,需要写一个银行家算法来了解

    C++实现银行家算法求出所有安全序列

    这几天的专业,需要写一个银行家算法,求出所有的安全序列

    #include<cstring>
    #include<vector>
    #include<iostream>
    using namespace std;
    
    int available[3] = {1, 1, 2 };
    int work[3];
    int allow[4][3] = {
        {1,0,0}, 
        {5,1,1}, 
        {2,1,1}, 
        {0,0,2}
    };
    int need[4][3] =  {
        {2,2,2}, 
        {1,0,2},
        {1,0,3},
        {4,2,0}
    };
    int maxx[4][3] = {
        {3,2,2}, 
        {6,1,3}, 
        {3,1,4}, 
        {4,2,3}
    };
    
    int n = 4;         
    int m = 3;         
    bool finish[6];
    vector<int> ans;
    int sum = 0;
    
    
    void dfs(int k)
    {
        if (k == n) {     
            cout <<"第"<< sum++ <<"个安全序列"<< ":";
            int i;
            for (i = 0; i < ans.size(); i++)
            {
                cout << "P" << ans[i];
                cout << "->";
            }
            
            cout<< "完成" << endl;
            return;
        }
    
        int i;
        for (i = 0; i < n; i++) {
            if (!finish[i])
            {
                int j;
                bool pd = true;
                for (j = 0; j < m; j++)
                {
                    if (need[i][j] > work[j])
                    {
                        pd = false;
                    }
                }
                if (pd) {        
                    for (j = 0; j < m; j++)
                    {
                        work[j] += allow[i][j];
                    }
                    finish[i] = true;
                    ans.push_back(i);
                    dfs(k + 1);    
    
                    ans.pop_back();       
                    for (j = 0; j < m; j++)
                    {
                        work[j] -= allow[i][j];
                    }
                    finish[i] = false;
                }
            }
        }
    }
    
    
    void request(int p, int req[])
    {
        int i;
        bool pd = true;
        for (i = 0; i < m; i++) {
            if (need[p][i] < req[i])
            {
                pd = false;
                break;
            }
        }
        if (!pd) {
            cout << "请求资源数错误\n";
            return;
        }
    
        pd = true;
        for (i = 0; i < m; i++) {
            if (available[i] < req[i])
            {
                pd = false;
                break;
            }
        }
        if (!pd) {
            cout << "资源数不足,陷入等待\n";
            return;
        }
    
        sum = 0;
        for (i = 0; i < m; i++)
        {
            work[i] = available[i] - req[i];
            need[p][i] -= req[i];
            allow[p][i] += req[i];
        }
        memset(finish, false, sizeof(finish));
    
        dfs(0);
        if (sum > 0) {
            cout << "可以分配资源\n";
        }
        else {
            cout << "不可分配资源\n";
            for (i = 0; i < m; i++)
            {
                need[p][i] += req[i];
                allow[p][i] -= req[i];
            }
        }
    }
    
    
    
    int main()
    { 
        int req[] = { 0, 0, 0 };
        request(2, req);
        return 0;
    }
    
    展开全文
  • 银行家算法 安全性算法 C++ 源代码 操作系统实验
  • 银行家算法安全序列分析.doc
  • 本人原创 思路:将所有进程全排列 挑选出符合安全算法序列(首先过滤掉首进程无法分配资源的)界面友好 输出结果用文件存储 编译环境VS2005
  • 内容:编程实现银行家算法、安全性算法 基本要求 能够根据给定的资源分配情况,及某进程提出的资源请求,通过算法得出是否能进行分配。如能分配,需得出相应的安全序列。 内含多个实验报告 资源整合
  • 银行家算法(Banker's Algorithm)是一个避免死锁(Deadlock)的著名算法,是由艾兹格·迪杰斯特拉在1965年为T.H.E系统设计的一种避免死锁产生的算法。 如果所有过程有可能完成执行(终止),则一个状态(如上述范例...

    使用DFS(深度优先搜索)遍历求出所有的安全序列。

    数据结构

    先上头文件说明,实现此算法用到的数据结构和命名。

    #ifndef _DATA_STRUCTURE
    #define _DATA_STRUCTURE
    
    // 表示资源个数
    #define M (4)
    // 表示进程个数
    #define N (4)
    
    // 当前状态还剩多少可用的资源
    struct AvailableD;
    // 每个进程对每个资源的最大需求量
    struct MaxD;
    // 当前分配个每个进程的资源数目
    struct AllocationD;
    // 每个进程还需要多少资源数目(最大需求 - 当前分配)
    struct NeedD;
    // 当前状态每个进程请求的资源数量
    struct RequestD;
    // 存放安全序列的数据结构(名字叫 Queue 实际上是栈的实现【FILO先进后出】)
    struct QueueD;
    // 表明每个进程是否在安全序列中
    struct StatusD;
    
    typedef struct AvailableD *Available;
    typedef struct MaxD *Max;
    typedef struct AllocationD *Allocation;
    typedef struct NeedD *Need;
    typedef struct RequestD *Request;
    typedef struct QueueD *Queue;
    typedef struct StatusD *Status;
    
    Available create_available();
    Allocation create_allocation();
    Max create_max();
    Need create_need();
    Queue create_queue();
    int queue_full(Queue queue);
    int queue_empty(Queue queue);
    void queue_add(Queue queue, int data);
    int queue_get(Queue queue);
    void queue_display(Queue queue);
    Status create_status();
    void display_need(Need need);
    
    /* 更新 need 数组 */
    void update_need(Need need, Allocation allocation, Max max);
    
    /* 将 allocation 矩阵的 第 row 行的值加(减)到 available 里 */
    void update_available(Allocation allocation, int row, Available available, int is_add);
    
    /* 检查 available 是否满足 need 的第 row 行的需求 */
    void check_available(Allocation allocation, Need need, Available available, int row, Queue queue, Status status);
    
    #endif
    

    算法步骤

    首先检查当前剩余的资源数目是否满足某个进程的需求量,也就是说判断 Available 向量中每一个资源数目是否大于等于 Need 矩阵中某一个进程的需求量;

    如果对于进程 row ,对每个资源数目的需求量小于当前可用的系统资源;首先检查当前进程是否已经在安全序列中,若存在就判断下一个进程;

    若当前进程 row 还没有处在安全序列,就开始深度优先搜索:将当前进程 row 已经分配到的系统资源数目加到当前可用的资源数目中,即 Allocation 矩阵中第 row 行的所有数目加到 Available 向量中;然后将当前进程 row 添加到安全序列中(此安全序列是一个栈);递归调用搜索的函数,向下一个进程开始搜索;

    在搜索的过程中需要判断所有的进程是否已经添加到安全序列中,即查看安全序列(栈)的大小是否等于当前系统的进程数目;若达到了就将安全序列输出并且开始回溯;此判断应该放在深度优先搜索函数的前面,用来作为递归出口;

    然后将最近加入到安全序列中的进程从安全队列中删除,即从栈中弹出一个元素,记为 row;然后修改此进程row未加在安全序列中的状态;将此进程row收回的资源数目归还,即从 Available 向量中减去 Allocation 矩阵中第 row 行的数目;然后向下一个进程搜索。

    核心代码

    /**
     * allocation: Allocation 每个进程已经分配的资源数目的矩阵
     * need: Need 每个进程还需的资源数目的矩阵
     * available: Available 剩余资源数的矩阵
     * row: 表示从哪个进程开始向下扫描
     * queue: 已加入安全序列的进程(栈性质)
     * status: 表示每个进程是否已经存在于安全序列
     * */
    void check_available(Allocation allocation, Need need, Available available, int row, Queue queue, Status status)
    {
        int temp = row;
        int i;
        int flag = 1;
        // 递归出口
        if (queue->length == 4)
        {
            printf("Safe sequence: ");
            queue_display(queue);
            return;
        }
        do
        {
            for (i = 0; i < M; i++)
            {
                if (available->vector[i] < need->matrix[row][i])
                {
                    flag = 0;
                    break;
                }
            }
            if (flag)
            {
                if (status->vector[row] == 1)
                {
                    row = (row + 1) % N;
                    continue;
                }
                // 深搜准备
                update_available(allocation, row, available, 1);
                queue_add(queue, row);
                status->vector[row] = 1;
                check_available(allocation, need, available, (row + 1) % N, queue, status);
                // 回溯 恢复刚才的状态
                status->vector[row] = 0;
                queue_get(queue);
                update_available(allocation, row, available, 0);
                //temp = row;
                row = (row + 1) % N;
            }
            else
            {
                row = (row + 1) % N;
                flag = 1;
            }
        } while (temp != row);
    }
    

    所有代码

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include "datastructure.h"
    
    // 长度为 m 的一维数组
    // 表示还有多少可用资源
    struct AvailableD
    {
        int m;
        int *vector;
    };
    
    // 长度为 m*n 的矩阵
    // 表示各进程对资源的最大需求数
    struct MaxD
    {
        int m;
        int n;
        int **matrix;
    };
    
    // 长度为 m*n 的矩阵
    // 表示已经给各进程分配了多少资源
    struct AllocationD
    {
        int m;
        int n;
        int **matrix;
    };
    
    // 长度为 m*n 的矩阵
    // 表示各进程最多还需要多少资源
    struct NeedD
    {
        int m;
        int n;
        int **matrix;
    };
    
    // 长度为 m 的一维数组
    // 表示进程此次申请的各种资源
    struct RequestD
    {
        int m;
        int *vector;
    };
    
    // 长度为 n 的一维数组
    // 具有栈的性质的安全序列
    struct QueueD
    {
        int n;
        int *vector;
        int length;
        int front;
    };
    
    // 长度为 n 的一维数组
    // 表示某个进程是否已经在安全序列的标志
    struct StatusD
    {
        int *vector;
    };
    
    // 创建 Allocation 矩阵,数据手动输入
    Allocation create_allocation()
    {
        int i, j;
        Allocation allocation = (Allocation)malloc(sizeof(struct AllocationD));
        allocation->m = M;
        allocation->n = N;
        allocation->matrix = (int **)malloc(sizeof(int *) * N);
        for (i = 0; i < M; i++)
        {
            allocation->matrix[i] = (int *)malloc(sizeof(int) * M);
        }
        for (i = 0; i < N; i++)
        {
            for (j = 0; j < M; j++)
            {
                scanf("%d", &(allocation->matrix[i][j]));
            }
        }
        return allocation;
    }
    
    // 创建 Max 矩阵,数据手动输入
    Max create_max()
    {
        int i, j;
        Max max = (Max)malloc(sizeof(struct MaxD));
        max->m = M;
        max->n = N;
        max->matrix = (int **)malloc(sizeof(int *) * N);
        for (i = 0; i < M; i++)
        {
            max->matrix[i] = (int *)malloc(sizeof(int) * M);
        }
        for (i = 0; i < N; i++)
        {
            for (j = 0; j < M; j++)
            {
                scanf("%d", &(max->matrix[i][j]));
            }
        }
        return max;
    }
    
    // 创建 Need 矩阵,数据手动输入
    Need create_need()
    {
        int i, j;
        Need need = (Need)malloc(sizeof(struct NeedD));
        need->m = M;
        need->n = N;
        need->matrix = (int **)malloc(sizeof(int *) * N);
        for (i = 0; i < M; i++)
        {
            need->matrix[i] = (int *)malloc(sizeof(int) * M);
        }
        return need;
    }
    
    // 根据 Allocation 和 Max 矩阵计算 Need 矩阵
    void update_need(Need need, Allocation allocation, Max max)
    {
        int i, j;
        for (i = 0; i < N; i++)
        {
            for (j = 0; j < M; j++)
            {
                need->matrix[i][j] = max->matrix[i][j] - allocation->matrix[i][j];
            }
        }
    }
    
    // 创建 Available 一维数组,数据手动输入
    Available create_available()
    {
        int i;
        Available available = (Available)malloc(sizeof(struct AvailableD));
        available->m = M;
        available->vector = (int *)malloc(sizeof(int) * M);
        for (i = 0; i < M; i++)
        {
            scanf("%d", &(available->vector[i]));
        }
        return available;
    }
    
    // 将 Allocation 矩阵的第 row 行的资源数目加(减)到 Available 数组中
    // is_add: 为 1 时加;反之为减
    void update_available(Allocation allocation, int row, Available available, int is_add)
    {
        int i = 0;
        for (i = 0; i < N; i++)
        {
            if (is_add)
            {
                available->vector[i] += allocation->matrix[row][i];
            }
            else
            {
                available->vector[i] -= allocation->matrix[row][i];
            }
        }
    }
    
    // 创建一个安全“队列”(栈实现)
    Queue create_queue()
    {
        int i;
        Queue queue = (Queue)malloc(sizeof(struct QueueD));
        queue->n = N;
        queue->vector = (int *)malloc(sizeof(int) * N);
        queue->length = 0;
        queue->front = -1;
        return queue;
    }
    
    // 判断是否为满
    int queue_full(Queue queue)
    {
        return queue->length == queue->n;
    }
    
    // 判断是否为空
    int queue_empty(Queue queue)
    {
        return queue->length == 0;
    }
    
    // 向安全“队列”(栈)中添加一个数据项
    void queue_add(Queue queue, int data)
    {
        if (queue_full(queue))
        {
            printf("Queue has been fulled!\n");
            return;
        }
        queue->front++;
        queue->vector[queue->front] = data;
        queue->length++;
    }
    
    // 从安全“队列”(栈)获得(弹出)一个数据项(栈顶)
    int queue_get(Queue queue)
    {
        int result;
        if (queue_empty(queue))
        {
            printf("Queue is empty!\n");
            return -1;
        }
        result = queue->vector[queue->front];
        queue->front--;
        queue->length--;
        return result;
    }
    
    // 创建状态数组
    Status create_status()
    {
        int i;
        Status status = (Status)malloc(sizeof(struct StatusD));
        status->vector = (int *)malloc(sizeof(int) * N);
        for (i = 0; i < N; i++)
        {
            status->vector[i] = 0;
        }
        return status;
    }
    
    // 打印输出安全“队列”(栈)中的所有数据项
    void queue_display(Queue queue)
    {
        int i;
        for (i = 0; i < queue->length; i++)
        {
            printf("P%d\t", queue->vector[i]);
        }
        printf("\n");
    }
    
    // 输出 Need 矩阵
    void display_need(Need need)
    {
        int i, j;
        for (i = 0; i < N; i++)
        {
            for (j = 0; j < M; j++)
            {
                printf("%d ", need->matrix[i][j]);
            }
            printf("\n");
        }
    }
    
    /**
     * allocation: Allocation 每个进程已经分配的资源数目的矩阵
     * need: Need 每个进程还需的资源数目的矩阵
     * available: Available 剩余资源数的矩阵
     * row: 表示从哪个进程开始向下扫描
     * queue: 已加入安全序列的进程(栈性质)
     * status: 表示每个进程是否已经存在于安全序列
     * */
    void check_available(Allocation allocation, Need need, Available available, int row, Queue queue, Status status)
    {
        int temp = row;
        int i;
        int flag = 1;
        if (queue->length == 4)
        {
            printf("Safe sequence: ");
            queue_display(queue);
            return;
        }
        do
        {
            for (i = 0; i < M; i++)
            {
                if (available->vector[i] < need->matrix[row][i])
                {
                    flag = 0;
                    break;
                }
            }
            if (flag)
            {
                if (status->vector[row] == 1)
                {
                    row = (row + 1) % N;
                    continue;
                }
                // 深搜准备
                update_available(allocation, row, available, 1);
                queue_add(queue, row);
                status->vector[row] = 1;
                check_available(allocation, need, available, (row + 1) % N, queue, status);
                // 回溯 恢复刚才的状态
                status->vector[row] = 0;
                queue_get(queue);
                update_available(allocation, row, available, 0);
                //temp = row;
                row = (row + 1) % N;
            }
            else
            {
                row = (row + 1) % N;
                flag = 1;
            }
        } while (temp != row);
    }
    
    int main()
    {
        // 数据的声明、创建
        Available available;
        Allocation allocation;
        Max max;
        Need need = create_need();
        Queue queue = create_queue();
        Status status = create_status();
        // 手动输入数据
        printf("Input available: \n");
        available = create_available();
        printf("Input allocation: \n");
        allocation = create_allocation();
        printf("Input Max: \n");
        max = create_max();
        // 计算 Need 矩阵
        update_need(need, allocation, max);
        printf("Need: \n");
        display_need(need);
        // 深度优先搜索 开始遍历所有安全序列
        printf("\nAll the safa sequence:\n\n");
        check_available(allocation, need, available, 0, queue, status);
        printf("\n");
        system("pause");
        return 0;
    }
    

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    展开全文
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空空如也

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银行家算法求安全序列