银行家算法

一、实验目的： 本实验的目的是实现银行家算法，一种用于避免系统因资源分配不当而发生死锁的算法。通过实现银行家算法，可以实现对进程请求资源的合理分配和安全执行，从而确保系统运行的稳定性和安全性。   实验设备与实验环境： 计算机,Java编译系统,idea,ChatGPT   二、实验程序设计内容： 本实验的设计内容包括实现银行家算法的主要功能，包括对资源的最大需求矩阵、分配矩阵、可用资源向量的输入，最终确定系统是否处于安全状态。   三、实验程序设计思路及流程图 通过输入进程数和资源类型数，以及最大需求矩阵、分配矩阵和可用资源向量，初始化系统的资源状态。 通过银行家算法的安全性检测函数（stest()）判断系统当前状态是否安全，如果存在安全序列，则输出安全序列；否则，输出系统状态为不安全。   四、实验源程序及注释： package homework.os; /**  * Date：2024/4/22  10:09  * Description：TODO  *  * @author Leon  * @version 1.0  */ import java.util.Scanner; public class exm4_0 {     static int p;     static int r;     static int[][] maxs;     static int[][] allocation;     static int[][] need;     static int[] available;     static int[] request;     static int[] safeSequence;     public static void main(String[] args) {         /*         4 3         3 2 2         6 1 3         3 1 4         4 2 2         1 0 0         5 1 1         2 1 1         0 0 2         1 1 2          */         Scanner scanner = new Scanner(System.in);         System.out.print("Enter the number of processes: ");         p = scanner.nextInt();         System.out.print("Enter the number of resource types: ");         r = scanner.nextInt();         maxs = new int[p][r];         allocation = new int[p][r];         need = new int[p][r];         available = new int[r];         request = new int[r];         safeSequence = new int[p];         infInput(scanner);         if (stest()) {             System.out.println("Safe sequence exists. Initial state is safe.");             System.out.print("Safe sequence: ");             for (int i = 0; i < p; i++) {                 System.out.print(safeSequence[i] + " ");             }             System.out.println();         } else {             System.out.println("No safe sequence exists. Initial state is unsafe.");         }         scanner.close();     }     public static void infInput(Scanner scanner) {         System.out.println("Enter the maximum demand matrix:");         for (int i = 0; i < p; i++) {             for (int j = 0; j < r; j++) {                 maxs[i][j] = scanner.nextInt();             }         }         System.out.println("Enter the allocation matrix:");         for (int i = 0; i < p; i++) {             for (int j = 0; j < r; j++) {                 allocation[i][j] = scanner.nextInt();             }         }         for (int i = 0; i < p; i++) {             for (int j = 0; j < r; j++) {                 need[i][j] = maxs[i][j] - allocation[i][j];             }         }         System.out.println("Enter the available resource vector:");         for (int i = 0; i < r; i++) {             available[i] = scanner.nextInt();         }     }     public static boolean compare(int[] m, int[] n) {         for (int i = 0; i < r; i++) {             if (m[i] < n[i]) {                 return false;             }         }         return true;     }     public static boolean stest() {         int[] finish = new int[p];         int[] work = new int[r];         int count = 0;         for (int i = 0; i < p; i++) {             finish[i] = 0;         }         for (int i = 0; i < r; i++) {             work[i] = available[i];         }         System.out.println("分配序列:");         System.out.println("\t\tallocation\t\tneed\t\t\tavailable");         while (count < p) {             boolean found = false;             for (int i = 0; i < p; i++) {                 if (finish[i] == 1) continue;                 if (compare(work, need[i])) {//available>need                     finish[i] = 1;                     safeSequence[count] = i + 1;                     System.out.print("进程" + (i + 1) + "\t\t");                     for (int j = 0; j < r; j++) {                         System.out.printf("%2d ", allocation[i][j]);                     }                     System.out.print("\t\t");                     for (int j = 0; j < r; j++) {                         System.out.printf("%2d ", need[i][j]);                     }                     System.out.print("\t\t");                     for (int j = 0; j < r; j++) {                         System.out.printf("%2d ", work[j] + allocation[i][j]);                     }                     System.out.println("");                     count++;                     found = true;                     for (int j = 0; j < r; j++) {                         work[j] += allocation[i][j];                     }                     break;                 }             }             if (!found) {                 break;             }         }         return count == p;     } } 五、实验程序测试过程及解释说明 进程数和资源种类数输入 Enter the number of processes: 4 Enter the number of resource types: 3 输入最大矩阵分配矩阵(代码计算需求矩阵) 可用资源 Enter the maximum demand matrix: 3 2 2 6 1 3 3 1 4 4 2 2 Enter the allocation matrix: 1 0 0 5 1 1 2 1 1 0 0 2 Enter the available resource vector: 1 1 2   六、实验程序测试过程与结果分析、 分配序列:                       allocation               need                        available 进程2              5  1  1                 1  0  2                 6  2  3 进程1              1  0  0                 2  2  2                 7  2  3 进程3              2  1  1                 1  0  3                 9  3  4 进程4              0  0  2                 4  2  0                 9  3  6 Safe sequence exists. Initial state is safe. Safe sequence: 2 1 3 4   七、理论学习与实践能力锻炼方面的个人心得体会 通过本次实验，我深入理解了银行家算法的原理和实现过程，了解了如何通过合理的资源分配和请求处理来避免系统死锁的发生。同时，通过编写代码实现银行家算法，提高了对Java编程语言的熟练程度，加深了对多线程编程和资源管理的理解。对操作系统的资源管理机制有了更深入的认识，对系统安全性和稳定性的重要性有了更深刻的体会。

实验评价及结论： 实验目的明确、设计内容符合要求，独立完成了操作系统银行家算法程序设计任务且源程序与注释、测试过程记录完整正确，能够很好地将课程理论运用于解决实际问题；实验报告内容完整，态度认真，总体质量优秀。