操作系统中的银行家算法与安全性算法

编程知识更新时间:2023-04-23 22:56:34

银行家算法属于避免死锁的一个著名算法，由Dijkstra在1965年为T.H.E系统设计的一种避免死锁产生的算法。这是由于该算法用于银行系统现金贷款的发放而得名。

一系统安全状态

指系统能按照某种顺序如<P1,P2,…,Pn>(称为<P1,P2,…,Pn>序列为安全序列)，为每个进程分配所需的资源，直至最大需求，使得每个进程都能顺利完成。

二银行家算法描述

假设在进程并发执行时，进程i提出请求j类资源k个后，表示为Requesti[j]=k。系统按下述步骤进行安全检查：
1）如果Requesti≤Needi则继续以下检查，否则显示需求申请超出最大需求值的错误。

2）如果Requesti≤Available则继续以下检查，否则显示系统无足够资源，Pi阻塞等待。

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：
Available［j］∶=Available［j］-Requesti［j］;
Allocation［i,j］∶=Allocation［i,j］+Requesti［j］;
Need［i,j］∶=Need［i,j］-Requesti［j］;

4）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。

特点：
允许互斥、部分分配和不可抢占，可提高资源利用率；
要求事先说明最大资源要求，在现实中很困难。

三安全性算法过程描述
（01)设置两个向量：
① 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;
② 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：
① Finish［i］=false;
② Need［i,j］≤Work［j］；若找到，执行步骤3)，否则，执行步骤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：
Work［j］∶=Work［i］+Allocation［i,j］;
Finish［i］∶=true;
go to step 2;

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。

四两种算法流程图

1.银行家算法：

2.安全性算法：

五完整代码

#include <stdio.h>
int main()
{
	int claim[5][3]={{7,5,3},{3,2,2},{9,0,2},{2,2,2},{4,3,3}};//各线程最大需求量
	int allocation[5][3]={{0,1,0},{2,0,0},{3,0,2},{2,1,1},{0,0,2}};//各线程已分配资源
	int i,j,k,l=0,count=0,m=0;
	int C_A[5][3]={{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0}};//各进程仍需要的各类资源
	int result[5]={-1,-1,-1,-1,-1};//存放预分配成功的线程
	int currentavail[3]={3,3,2};//当前可分配资源
	printf("银行家总共拥有的各类资源的总数：\n     A  B  C\n     10 5  7\n");
	printf("银行目前仍剩下的各类资源的数量：\n     A  B  C\n     3  3  2\n");
	printf("各进程对各类资源的最大需求量：\n     A  B  C\n");
	for(i=0;i<5;i++)
	{
		printf("P%d: ",i);
		for(j=0;j<3;j++)
		{
			printf(" %d ",claim[i][j]);
			C_A[i][j]=claim[i][j]-allocation[i][j];
		}
		printf("\n");
	}
	printf("各进程已分配到的各类资源：\n     A  B  C\n");
	for(i=0;i<5;i++)
	{
		printf("P%d: ",i);
		for(j=0;j<3;j++)
			printf(" %d ",allocation[i][j]);
		printf("\n");
	}
	printf("各进程仍需的各类资源数量：\n     A  B  C\n");
	for(i=0;i<5;i++)
	{
		printf("P%d: ",i);
		for(j=0;j<3;j++)
			printf(" %d ",C_A[i][j]);
		printf("\n");
	}
	while(result[l]==-1)//
	{
		for(k=0;k<5;k++)
			if(result[k]==-1)
			{
				for(j=0;j<3;j++)
//判断各线程对各资源仍需量是否小于当前可分配资源总量,此量为正数才正常
			    if(C_A[k][j]<=currentavail[j]&&C_A[k][j]>=0)
				{
//把满足条件的进程的已分配资源加到当前可分配资源中
					currentavail[j]=currentavail[j]+allocation[k][j];
				    m++;
				    if(m==3)
					{
						result[l]=k;//只有ABC三类资源都满足才把相应的线程记入数组result中
				        m=0;
					}
				}
				else break;//否则退出循环,打印"系统不安全"
				l++;
			}
			for(i=0;i<l;i++)
			if(result[i]!=-1)
			{
				printf("P%d->",result[i]);//把预分配成功的先打印出来
				count++;
			}
		l=0;//清零,为下一轮的预分配做准备
	}
	if(count==5)
		printf("\n系统安全!上行所示为其中一个进程安全序列\n");
	else
		printf("\n系统不安全!\n");
}