一、实验目的
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。
二、实验内容
（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
三、实验要点说明
数据结构
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
Requesti：进程Pi的请求向量。 0<=j<=m-1
(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。
安全性算法safe()函数
(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。
银行家算法实例
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。
试问：
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。
程序结构
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
四、实验代码
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