银行家算法详解-优快云博客

1. 算法思想

银行家算法是为了避免死锁的算法，是Dijkstra的银行家算法。由于该算法用于实现银行系统现金贷款的发放而得名的。为实现银行家算法，系统中必须设置若干数据结构。

1）银行家算法的数据结构

a) 可利用资源向量available

b) 最大需求矩阵

c) 分配矩阵

d) 需求矩阵

2）银行家算法

设Requesti 是进程Pi的请求量，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。

a) 如果Requesti[j] <=Need[I,j],便转向步骤（b）；否则认为出错，因为他所需要的资源数已经超过它所宣布的最大值。

b) 如果Requesi[j] <=Available[j],便转向步骤（c）；否则，表示尚无足够的资源，Pi须等待。

c) 系统试探着把资源分配给进程Pi，并修改下面的数据结构中的数值：

Available[j] := Available[j] – Request i[j];

Allocation[i, j] :=Allocation[i, j] + Request i[j];

Need[i, j] := Need[i, j] – Request i[j];

d) 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，已完成本次资源的分配；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）安全算法

系统所执行的安全算法可描述如下：

（1）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，他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 := 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，并释放出分配给他的资源，故应执行：

Work[j] :=Work[j] + Allocation[i, j];

Finish[i] :=true;

Go to step2;

（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。

import java.util.Scanner;

import javax.swing.plaf.basic.BasicInternalFrameTitlePane.MaximizeAction;
import javax.swing.text.StyledEditorKit.ForegroundAction;


public class Banker {
	static int available[]=new int[3];         //资源数
	static int max[][]=new int[5][3];          //最大需求
	static int allocation[][]=new int[5][3];   //分配
	static int need[][]=new int[5][3];         //需求
	static int request[]=new int[3];           //存放请求
	Scanner scanner=new Scanner(System.in);
	int thread;  //线程号

	//初始化
	public void getData(){
		System.out.println("请输入A,B,C三类资源的数目：");
		//输入A,B,C三类资源数量
		for(int i=0;i<3;i++){
			available[i]=scanner.nextInt();
		}
		//输入进程对三类资源的最大需求
		for(int i=0;i<5;i++){
			System.out.println("请输入进程"+i+"对A,B,C三类资源的最大需求");
			for(int j=0;j<3;j++){
				max[i][j]=scanner.nextInt();
			}
		}
		//输入进程分配的三类资源数
		for(int i=0;i<5;i++){
			System.out.println("请输入进程"+i+"已分配的A,B,C三类资源数");
			for(int j=0;j<3;j++){
				allocation[i][j]=scanner.nextInt();
			}
		}
		//计算进程还需要的三类资源数
		for(int i=0;i<5;i++){
			for(int j=0;j<3;j++){
				need[i][j]=max[i][j]-allocation[i][j];
			}
		}
		//重新计算available
		for(int i=0;i<3;i++){
			for(int j=0;j<5;j++){
				available[i]-=allocation[j][i];
			}
		}
	}
	//用户输入要申请资源的线程和申请的资源，并进行判断
	public void getThread(){
		System.out.println("请输入申请资源的线程");
		int thread=scanner.nextInt();     //线程
		if(thread<0||thread>4){
			System.out.println("该线程不存在,请重新输入");
			getThread();
		}else{
			this.thread=thread;
			System.out.println("请输入申请的资源(三种，若某种资源不申请则填0)");
			for(int i=0;i<3;i++){
				request[i]=scanner.nextInt();
			}
			if(request[0]>need[thread][0]||request[1]>need[thread][1]||request[2]>need[thread][2]){
				System.out.println(thread+"线程申请的资源超出其需要的资源，请重新输入");
				getThread();
			}else{
				if(request[0]> available[0]||request[1]> available[1]||request[2]> available[2]){
					System.out.println(thread+"线程申请的资源大于系统资源，请重新输入");
					getThread();
				}
			}
			changeData(thread);
			if(check(thread)){
				 getThread();
			}else{
				recoverData(thread);
				getThread();
			}

		}
	}
	
	 //thread线程请求响应后，试探性分配资源
	 public void changeData(int thread){
		 for(int i=0;i<3;i++){
			 //重新调整系统资源数
			 available[i]-=request[i];
			 //计算各个线程拥有资源
			 allocation[thread][i]+=request[i];
			 //重新计算需求
			 need[thread][i]-=request[i];
		 }		 
   }
  
	   //安全性检查为通过，分配失败时调用，恢复系统原状		 
	    public void recoverData(int thread){
		   for(int i=0;i<3;i++){
				 //重新调整系统资源数
				 available[i]+=request[i];
				 //计算各个线程拥有资源
				 allocation[thread][i]-=request[i];
				 //重新计算需求
				 need[thread][i]+=request[i];
		  }	
	    }
	    
	//对线程thread安全性检查
	 public boolean check(int thread){
		 boolean finish[]=new boolean[5];
		 int work[]=new int[3];
		 int queue[]=new int[5];   //由于存放安全队列
		 int k=0;//安全队列下标
		 int j;  //要判断的线程
		 int i;
		 //是否分配的标志
		 for(i=0;i<5;i++)
			 finish[i]=false;
		 j=thread;
		 for(i=0;i<3;i++){
			 work[i]=available[i];
		 }
		 while(j<5){
			 for( i=0;i<3;i++){	
				 if(finish[j]){
					 j++;
					 break;
				 }else if(need[j][i]>work[i]){
					 //System.out.println(need[j][i]+"*"+i+work[i]);
					 j++;
					 break;
				 }else if(i==2){
					 for(int m=0;m<3;m++){
						 work[m]+=allocation[j][m];
					 }
					 finish[j]=true;
					 queue[k]=j;
					 k++;
					 j=0;   //从最小线程再开始判断
				 }
			 }
		 }
		 
		 //判断是否都属于安全状态
		 for(int p=0;p<5;p++){
			 if(finish[p]=false){
				 System.out.println("系统不安全，资源申请失败");
				 return false;
			 }
		 }
		 System.out.println("资源申请成功，安全队列为：");
		 for(int q=0;q<5;q++){
			 System.out.println(queue[q]);
		 } 
		 return true;
	 }
	 //打印need和available，需要时调用
	  public void showData(){
		  System.out.println("need");
		  for(int i=0;i<5;i++){
			  for(int j=0;j<3;j++){
				  System.out.print(need[i][j]+"     ");
			  }
		  }
		     System.out.println("available");
			  for(int j=0;j<3;j++){
				  System.out.print(available[j]+"     ");
			  }
	  }
   public static void main(String[] args) {
	  Banker bk=new Banker();
	  bk.getData();
	  bk.getThread();

	}

}