一、实验内容
银行家算法的实现。
二、实验目的
银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。在避免死锁方法中允许进程动态地申请资源，但系统在进行资源分配之前，应先计算此次分配资源的安全性，若分配不会导致系统进入不安全状态，则分配，否则等待。通过编写一个模拟动态资源分配的银行家算法程序，帮助学生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。
三、实验原理
3.1、银行家算法中的数据结构
1）可利用资源向量Available
是个含有m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。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n×m的矩阵，它定义了系统中n个进程中的每一个进程对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n×m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。
Need［i,j］=Max［i,j］-Allocation［i,j］
3.2、银行家算法
设Requesti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，系统按下述步骤进行检查：
- (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：
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| Available［j］=Available［j］-Requesti［j］;
Allocation［i,j］=Allocation［i,j］+Requesti［j］;
Need［i,j］=Need［i,j］-Requesti［j］;
|
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。
3.3、安全性算法
1）设置两个向量：
工作向量Work: 它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目，它含有m个元素，在执行安全算法开始时，Work=Available;
工作向量Finish: 它表示系统是否有足够的资源分配给进程，使之运行完成。开始时先做Finish［i］=false; 当有足够资源分配给进程时， 再令Finish［i］=true。
2）从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：
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| Finish［i］=false;
Need［i,j］≤Work［j］；
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若找到，执行 (3)，否则，执行 (4)
3）当进程Pi获得资源后，可顺利执行，直至完成，并释放出分配给它的资源，故应执行：
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| Work［j］= Work［i］+Allocation［i,j］;
Finish［i］= true;
go to step 2;
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4）如果所有进程的Finish［i］=true都满足， 则表示系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态
四、代码实现
1、创建进程类（多个进程）
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| import java.util.Scanner;
public class Processes {
private String[] resourceName; //系统资源名称
private Integer[][] maxNum; //Pi的需求资源数量（最大需求资源数量）
private Integer[][] allocation; //已分配给该进程的资源
private Integer[][] needNum; //还需要的资源数量
private Integer AVAILABLE_COUNT_Y;//资源的种类数量
private Integer PROCESSES_COUNT; //进程的个数
public Processes() {
Init();
}
public Integer getAVAILABLE_COUNT_Y() {
return AVAILABLE_COUNT_Y;
}
public void setAVAILABLE_COUNT_Y(Integer AVAILABLE_COUNT_Y) {
this.AVAILABLE_COUNT_Y = AVAILABLE_COUNT_Y;
}
public Integer getPROCESSES_COUNT() {
return PROCESSES_COUNT;
}
public void setPROCESSES_COUNT(Integer PROCESSES_COUNT) {
this.PROCESSES_COUNT = PROCESSES_COUNT;
}
public String getResourceName(int j) {
return resourceName[j];
}
public void setResourceName(String[] resourceName) {
this.resourceName = resourceName;
}
public Integer[][] getMaxNum() {
return maxNum;
}
public void setMaxNum(Integer[][] maxNum) {
this.maxNum = maxNum;
}
public Integer getAllocation(int i,int j) {
return allocation[i][j];
}
public void setAllocation(int i,int j,Integer allo) {
allocation[i][j] = allo;
}
public Integer getNeedNum(int i,int j) {
return needNum[i][j];
}
public void setNeedNum(int i,int j,Integer need) {
needNum[i][j] = need;
}
/**
* 初始化
*/
public void Init() {
System.out.print("请输入资源的种类数量：");
Scanner input = new Scanner(System.in);
AVAILABLE_COUNT_Y = input.nextInt();
resourceName = new String[AVAILABLE_COUNT_Y];
System.out.println("请输入各类资源的名称：");
for (int i = 0; i < AVAILABLE_COUNT_Y; i++) {
System.out.print("资源" + (i+1) + "的名称：");
resourceName[i] = input.next();
}
System.out.println("请输入进程的个数：");
PROCESSES_COUNT = input.nextInt();
maxNum = new Integer[PROCESSES_COUNT][AVAILABLE_COUNT_Y];
allocation = new Integer[PROCESSES_COUNT][AVAILABLE_COUNT_Y];
needNum = new Integer[PROCESSES_COUNT][AVAILABLE_COUNT_Y];
for (int i = 0; i < PROCESSES_COUNT; i++) {
System.out.println("请输入进程" + (i+1) + "对" + AVAILABLE_COUNT_Y + "类资源的最大需求：");
for (int j = 0; j < AVAILABLE_COUNT_Y; j++) {
System.out.print(resourceName[j] + "：");
maxNum[i][j] = input.nextInt();
}
System.out.println("请输入进程" + (i+1) + "已申请到的各类资源数：");
for (int j = 0; j < AVAILABLE_COUNT_Y; j++) {
System.out.print(resourceName[j] + "：");
allocation[i][j] = input.nextInt();
}
for (int j = 0; j < AVAILABLE_COUNT_Y; j++) {
needNum[i][j] = maxNum[i][j] - allocation[i][j];
}
}
}
}
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2、创建银行家类
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| import java.util.Scanner;
public class Banker {
private Integer[][] request; //进程的请求向量
private Integer[] available; //可利用资源向量
/**
* 银行家算法
*/
public void Bank(){
Processes processes = new Processes();
Scanner input = new Scanner(System.in);
request = new Integer[processes.getPROCESSES_COUNT()][processes.getAVAILABLE_COUNT_Y()];
available = new Integer[processes.getAVAILABLE_COUNT_Y()];
//给请求向量赋值
System.out.println("请输入各进程对各类资源分别的请求量：");
for (int i = 0; i < processes.getPROCESSES_COUNT(); i++) {
System.out.println("进程" + (i+1));
for (int j = 0; j < processes.getAVAILABLE_COUNT_Y(); j++) {
System.out.print(processes.getResourceName(j) + "：");
request[i][j] = input.nextInt();
}
}
//给系统可利用资源向量赋值
System.out.println("请输入各类可利用的资源数目：");
for (int i = 0; i < processes.getAVAILABLE_COUNT_Y(); i++) {
System.out.print(processes.getResourceName(i) + "：");
available[i] = input.nextInt();
}
//判断资源是否能都满足请求
for (int i = 0; i < processes.getPROCESSES_COUNT(); i++) {
System.out.println("进程" + (i+1) + "开始进行请求。。。");
for (int j = 0; j < processes.getAVAILABLE_COUNT_Y(); j++) {
if (request[i][j] <= processes.getNeedNum(i,j)){
if (request[i][j] <= available[j]){
System.out.println("请求暂时成功，正在进行安全性检查。。。。。。");
//请求暂时成功进行安全性检查
available[j] = available[j] - request[i][j];
processes.setAllocation(i,j,processes.getAllocation(i,j) + request[i][j]);
processes.setNeedNum(i,j,processes.getNeedNum(i,j) - request[i][j]);
System.out.println("P" + (i+1) + "分配成功！");
break;
}else {
System.err.println("尚无足够的资源，P" + (i+1) + "需等待");
continue;
}
}else {
System.err.println("请求出错，原因：P" + (i+1) + "进程所需要" + processes.getResourceName(j) + "类资源数已超过它所宣布最大值");
continue;
}
}
System.out.println();
}
Safity(processes);
}
/**
* 安全性算法
*/
public void Safity(Processes processes){
Integer[] work = new Integer[processes.getAVAILABLE_COUNT_Y()]; //工作向量Work
work = available;
String[] finish = new String[processes.getPROCESSES_COUNT()]; //工作向量Finish
for (int j = 0; j < finish.length; j++) {
finish[j] = "false";
}
boolean flag = true; //是否运行完成标志
for (int i = 0; i < processes.getPROCESSES_COUNT(); i++) {
for (int j = 0; j < processes.getAVAILABLE_COUNT_Y(); j++) {
if (finish[i].compareTo("false") == 0 && processes.getNeedNum(i,j) <= work[j]){
work[j] = work[j] + processes.getAllocation(i,j);
finish[i] = "true";
}else {
for (int k = 0; k < processes.getPROCESSES_COUNT(); k++) {
if (finish[k].compareTo("true") != 0){
flag = false;
}
}
}
}
}
if (flag)
System.out.println("系统处于安全状态");
else
System.out.println("系统处于不安全状态");
}
}
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3、创建测试类，调用银行家算法
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| public class BankerTest {
public static void main(String[] args) {
Banker banker = new Banker();
banker.Bank();
}
}
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Author:
Allen Xue
License:
Copyright (c) 2019 CC-BY-NC-4.0 LICENSE
Slogan:
To be or not to be,that is a question.