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DeadlockAvoid.cpp
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#include <iostream>
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#include <vector>
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#include <iomanip>
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using namespace std;
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||||
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class BankersAlgorithm {
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private:
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int n; // 进程数量
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||||
int m; // 资源类型数量
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vector<vector<int>> allocation; // 分配矩阵
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vector<vector<int>> max; // 最大需求矩阵
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vector<vector<int>> need; // 需求矩阵
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vector<int> available; // 可用资源向量
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public:
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// 构造函数，初始化银行家算法
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BankersAlgorithm(int processes, int resources) {
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n = processes;
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m = resources;
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allocation.resize(n, vector<int>(m, 0));
|
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max.resize(n, vector<int>(m, 0));
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||||
need.resize(n, vector<int>(m, 0));
|
||||
available.resize(m, 0);
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}
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// 加载测试数据集1：安全状态测试
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void loadTestData1() {
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cout << "加载测试数据集1：安全状态测试（5进程，3资源）" << endl;
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n = 5; m = 3;
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// 重新调整矩阵大小
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allocation.resize(n, vector<int>(m));
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||||
max.resize(n, vector<int>(m));
|
||||
need.resize(n, vector<int>(m));
|
||||
available.resize(m);
|
||||
|
||||
// 可用资源向量
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available = {3, 3, 2};
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// 分配矩阵
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allocation = {
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||||
{0, 1, 0},
|
||||
{2, 0, 0},
|
||||
{3, 0, 2},
|
||||
{2, 1, 1},
|
||||
{0, 0, 2}
|
||||
};
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// 最大需求矩阵
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||||
max = {
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||||
{7, 5, 3},
|
||||
{3, 2, 2},
|
||||
{9, 0, 2},
|
||||
{2, 2, 2},
|
||||
{4, 3, 3}
|
||||
};
|
||||
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||||
calculateNeedMatrix();
|
||||
cout << "测试数据集1加载完成！预期：系统安全，安全序列如P1->P3->P4->P2->P0" << endl;
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}
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// 加载测试数据集2：不安全状态测试
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||||
void loadTestData2() {
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||||
cout << "加载测试数据集2：不安全状态测试（3进程，3资源）" << endl;
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n = 3; m = 3;
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||||
// 重新调整矩阵大小
|
||||
allocation.resize(n, vector<int>(m));
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||||
max.resize(n, vector<int>(m));
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||||
need.resize(n, vector<int>(m));
|
||||
available.resize(m);
|
||||
|
||||
// 可用资源向量
|
||||
available = {1, 0, 0};
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||||
|
||||
// 分配矩阵
|
||||
allocation = {
|
||||
{1, 2, 0},
|
||||
{2, 0, 1},
|
||||
{0, 1, 2}
|
||||
};
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||||
|
||||
// 最大需求矩阵
|
||||
max = {
|
||||
{3, 3, 2},
|
||||
{4, 2, 2},
|
||||
{3, 3, 3}
|
||||
};
|
||||
|
||||
calculateNeedMatrix();
|
||||
cout << "测试数据集2加载完成！预期：系统不安全" << endl;
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}
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// 加载测试数据集3：边界情况测试
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void loadTestData3() {
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cout << "加载测试数据集3：边界情况测试（2进程，2资源）" << endl;
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n = 2; m = 2;
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||||
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||||
// 重新调整矩阵大小
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||||
allocation.resize(n, vector<int>(m));
|
||||
max.resize(n, vector<int>(m));
|
||||
need.resize(n, vector<int>(m));
|
||||
available.resize(m);
|
||||
|
||||
// 可用资源向量
|
||||
available = {2, 2};
|
||||
|
||||
// 分配矩阵
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||||
allocation = {
|
||||
{1, 0},
|
||||
{0, 1}
|
||||
};
|
||||
|
||||
// 最大需求矩阵
|
||||
max = {
|
||||
{3, 2},
|
||||
{2, 3}
|
||||
};
|
||||
|
||||
calculateNeedMatrix();
|
||||
cout << "测试数据集3加载完成！预期：系统安全，安全序列如P0->P1或P1->P0" << endl;
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}
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||||
// 输入系统状态信息
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||||
void inputSystemState() {
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||||
cout << "请输入可用资源向量Available（" << m << "个资源类型）：";
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||||
for (int i = 0; i < m; i++) {
|
||||
cin >> available[i];
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}
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||||
cout << "请输入分配矩阵Allocation：" << endl;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
cout << "进程P" << i << "：";
|
||||
for (int j = 0; j < m; j++) {
|
||||
cin >> allocation[i][j];
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
cout << "请输入最大需求矩阵Max：" << endl;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
cout << "进程P" << i << "：";
|
||||
for (int j = 0; j < m; j++) {
|
||||
cin >> max[i][j];
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 计算需求矩阵Need = Max - Allocation
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||||
calculateNeedMatrix();
|
||||
}
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||||
|
||||
// 计算需求矩阵
|
||||
void calculateNeedMatrix() {
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = 0; j < m; j++) {
|
||||
need[i][j] = max[i][j] - allocation[i][j];
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
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||||
// 显示当前系统状态
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void displaySystemState() {
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cout << "\n=== 当前系统状态 ===" << endl;
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// 显示可用资源
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||||
cout << "可用资源Available：";
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||||
for (int i = 0; i < m; i++) {
|
||||
cout << setw(4) << available[i];
|
||||
}
|
||||
cout << endl;
|
||||
|
||||
// 显示各矩阵
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cout << "\n进程\t分配矩阵Allocation\t最大需求矩阵Max\t\t需求矩阵Need" << endl;
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||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
cout << "P" << i << "\t";
|
||||
|
||||
// 分配矩阵
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||||
for (int j = 0; j < m; j++) {
|
||||
cout << setw(3) << allocation[i][j];
|
||||
}
|
||||
cout << "\t\t";
|
||||
|
||||
// 最大需求矩阵
|
||||
for (int j = 0; j < m; j++) {
|
||||
cout << setw(3) << max[i][j];
|
||||
}
|
||||
cout << "\t\t";
|
||||
|
||||
// 需求矩阵
|
||||
for (int j = 0; j < m; j++) {
|
||||
cout << setw(3) << need[i][j];
|
||||
}
|
||||
cout << endl;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
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||||
// 安全性检查，返回是否安全及安全序列
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||||
bool safetyCheck(vector<int>& safeSequence) {
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||||
vector<int> work = available; // 工作向量，初始值为Available
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||||
vector<bool> finish(n, false); // 完成标记数组
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||||
safeSequence.clear();
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||||
|
||||
cout << "\n=== 安全性检查过程 ===" << endl;
|
||||
cout << "初始工作向量Work：";
|
||||
for (int i = 0; i < m; i++) {
|
||||
cout << setw(4) << work[i];
|
||||
}
|
||||
cout << endl;
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||||
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||||
int count = 0; // 已完成的进程数量
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||||
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||||
// 循环查找可以完成的进程
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||||
while (count < n) {
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||||
bool found = false;
|
||||
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
// 如果进程i未完成且Need[i] <= Work
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||||
if (!finish[i]) {
|
||||
bool canFinish = true;
|
||||
for (int j = 0; j < m; j++) {
|
||||
if (need[i][j] > work[j]) {
|
||||
canFinish = false;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (canFinish) {
|
||||
// 进程i可以完成
|
||||
cout << "进程P" << i << "可以完成，需求：";
|
||||
for (int j = 0; j < m; j++) {
|
||||
cout << setw(3) << need[i][j];
|
||||
}
|
||||
cout << " <= 工作向量：";
|
||||
for (int j = 0; j < m; j++) {
|
||||
cout << setw(3) << work[j];
|
||||
}
|
||||
cout << endl;
|
||||
|
||||
// 更新工作向量：Work = Work + Allocation[i]
|
||||
for (int j = 0; j < m; j++) {
|
||||
work[j] += allocation[i][j];
|
||||
}
|
||||
|
||||
finish[i] = true;
|
||||
safeSequence.push_back(i);
|
||||
count++;
|
||||
found = true;
|
||||
|
||||
cout << "完成后工作向量：";
|
||||
for (int j = 0; j < m; j++) {
|
||||
cout << setw(4) << work[j];
|
||||
}
|
||||
cout << endl << endl;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 如果没有找到可以完成的进程，系统不安全
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||||
if (!found) {
|
||||
cout << "无法找到可完成的进程，系统处于不安全状态！" << endl;
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return true;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 资源请求处理
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||||
bool requestResources(int processId, vector<int>& request) {
|
||||
cout << "\n=== 处理进程P" << processId << "的资源请求 ===" << endl;
|
||||
cout << "请求向量Request：";
|
||||
for (int i = 0; i < m; i++) {
|
||||
cout << setw(4) << request[i];
|
||||
}
|
||||
cout << endl;
|
||||
|
||||
// 步骤1：检查Request <= Need
|
||||
cout << "检查Request <= Need：";
|
||||
for (int i = 0; i < m; i++) {
|
||||
if (request[i] > need[processId][i]) {
|
||||
cout << "失败！请求超过需求量" << endl;
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
cout << "通过" << endl;
|
||||
|
||||
// 步骤2：检查Request <= Available
|
||||
cout << "检查Request <= Available：";
|
||||
for (int i = 0; i < m; i++) {
|
||||
if (request[i] > available[i]) {
|
||||
cout << "失败！请求超过可用资源" << endl;
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
cout << "通过" << endl;
|
||||
|
||||
// 步骤3：试探性分配
|
||||
cout << "进行试探性分配..." << endl;
|
||||
|
||||
// 保存原始状态
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||||
vector<int> originalAvailable = available;
|
||||
vector<vector<int>> originalAllocation = allocation;
|
||||
vector<vector<int>> originalNeed = need;
|
||||
|
||||
// 修改系统状态
|
||||
for (int i = 0; i < m; i++) {
|
||||
available[i] -= request[i];
|
||||
allocation[processId][i] += request[i];
|
||||
need[processId][i] -= request[i];
|
||||
}
|
||||
|
||||
cout << "试探性分配后的状态：" << endl;
|
||||
displaySystemState();
|
||||
|
||||
// 步骤4：执行安全性检查
|
||||
vector<int> safeSequence;
|
||||
bool isSafe = safetyCheck(safeSequence);
|
||||
|
||||
if (isSafe) {
|
||||
cout << "系统处于安全状态！" << endl;
|
||||
cout << "安全序列：";
|
||||
for (int i = 0; i < safeSequence.size(); i++) {
|
||||
cout << "P" << safeSequence[i];
|
||||
if (i < safeSequence.size() - 1) cout << " -> ";
|
||||
}
|
||||
cout << endl;
|
||||
cout << "资源分配成功！" << endl;
|
||||
return true;
|
||||
} else {
|
||||
// 恢复原始状态
|
||||
available = originalAvailable;
|
||||
allocation = originalAllocation;
|
||||
need = originalNeed;
|
||||
cout << "分配后系统不安全，拒绝分配，恢复原状态" << endl;
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 显示数据选择菜单
|
||||
void showDataMenu() {
|
||||
cout << "\n=== 选择测试数据或手动输入 ===" << endl;
|
||||
cout << "1. 使用测试数据集1（5进程3资源，安全状态）" << endl;
|
||||
cout << "2. 使用测试数据集2（3进程3资源，不安全状态）" << endl;
|
||||
cout << "3. 使用测试数据集3（2进程2资源，边界测试）" << endl;
|
||||
cout << "4. 手动输入系统参数和数据" << endl;
|
||||
cout << "请选择：";
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 显示菜单
|
||||
void showMenu() {
|
||||
cout << "\n=== 银行家算法菜单 ===" << endl;
|
||||
cout << "1. 显示当前系统状态" << endl;
|
||||
cout << "2. 安全性检查" << endl;
|
||||
cout << "3. 资源请求处理" << endl;
|
||||
cout << "4. 重新选择/输入系统数据" << endl;
|
||||
cout << "5. 测试推荐资源请求" << endl;
|
||||
cout << "0. 退出程序" << endl;
|
||||
cout << "请选择操作：";
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 提供推荐的测试请求
|
||||
void showRecommendedRequests() {
|
||||
cout << "\n=== 推荐的测试请求 ===" << endl;
|
||||
|
||||
if (n == 5 && m == 3) {
|
||||
// 测试数据集1的推荐请求
|
||||
cout << "当前是测试数据集1，推荐测试请求：" << endl;
|
||||
cout << "1. P1请求(1,0,2) - 预期：被拒绝（超过可用资源）" << endl;
|
||||
cout << "2. P4请求(3,3,0) - 预期：被拒绝（超过可用资源）" << endl;
|
||||
cout << "3. P1请求(0,2,0) - 预期：可能被接受" << endl;
|
||||
cout << "4. P3请求(0,1,1) - 预期：应该被接受" << endl;
|
||||
} else if (n == 3 && m == 3) {
|
||||
// 测试数据集2的推荐请求
|
||||
cout << "当前是测试数据集2，推荐测试请求：" << endl;
|
||||
cout << "1. 任何进程的任何合理请求都会被拒绝，因为系统已经不安全" << endl;
|
||||
cout << "2. P0请求(1,0,0) - 预期：被拒绝" << endl;
|
||||
cout << "3. P1请求(0,1,0) - 预期：被拒绝" << endl;
|
||||
} else if (n == 2 && m == 2) {
|
||||
// 测试数据集3的推荐请求
|
||||
cout << "当前是测试数据集3，推荐测试请求：" << endl;
|
||||
cout << "1. P0请求(2,2) - 预期：应该被接受" << endl;
|
||||
cout << "2. P1请求(2,2) - 预期：应该被接受" << endl;
|
||||
cout << "3. P0请求(1,1) - 预期：应该被接受" << endl;
|
||||
} else {
|
||||
cout << "当前是自定义数据，请根据需求矩阵和可用资源设计测试请求。" << endl;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 数据选择和初始化
|
||||
void initializeData() {
|
||||
int choice;
|
||||
showDataMenu();
|
||||
cin >> choice;
|
||||
|
||||
switch (choice) {
|
||||
case 1:
|
||||
loadTestData1();
|
||||
break;
|
||||
case 2:
|
||||
loadTestData2();
|
||||
break;
|
||||
case 3:
|
||||
loadTestData3();
|
||||
break;
|
||||
case 4:
|
||||
cout << "请输入进程数量：";
|
||||
cin >> n;
|
||||
cout << "请输入资源类型数量：";
|
||||
cin >> m;
|
||||
|
||||
// 重新调整矩阵大小
|
||||
allocation.resize(n, vector<int>(m, 0));
|
||||
max.resize(n, vector<int>(m, 0));
|
||||
need.resize(n, vector<int>(m, 0));
|
||||
available.resize(m, 0);
|
||||
|
||||
inputSystemState();
|
||||
break;
|
||||
default:
|
||||
cout << "无效选择，使用测试数据集1" << endl;
|
||||
loadTestData1();
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// 运行银行家算法主程序
|
||||
void run() {
|
||||
cout << "=== 银行家算法死锁避免实验 ===" << endl;
|
||||
|
||||
// 数据选择和初始化
|
||||
initializeData();
|
||||
|
||||
// 显示初始状态
|
||||
displaySystemState();
|
||||
|
||||
int choice;
|
||||
do {
|
||||
showMenu();
|
||||
cin >> choice;
|
||||
|
||||
switch (choice) {
|
||||
case 1: {
|
||||
displaySystemState();
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 2: {
|
||||
vector<int> safeSequence;
|
||||
bool isSafe = safetyCheck(safeSequence);
|
||||
if (isSafe) {
|
||||
cout << "系统处于安全状态！" << endl;
|
||||
cout << "安全序列：";
|
||||
for (int i = 0; i < safeSequence.size(); i++) {
|
||||
cout << "P" << safeSequence[i];
|
||||
if (i < safeSequence.size() - 1) cout << " -> ";
|
||||
}
|
||||
cout << endl;
|
||||
} else {
|
||||
cout << "系统处于不安全状态！" << endl;
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 3: {
|
||||
int processId;
|
||||
cout << "请输入请求资源的进程ID（0-" << n-1 << "）：";
|
||||
cin >> processId;
|
||||
|
||||
if (processId < 0 || processId >= n) {
|
||||
cout << "无效的进程ID！" << endl;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
vector<int> request(m);
|
||||
cout << "请输入请求的资源向量（" << m << "个值）：";
|
||||
for (int i = 0; i < m; i++) {
|
||||
cin >> request[i];
|
||||
}
|
||||
|
||||
requestResources(processId, request);
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 4: {
|
||||
initializeData();
|
||||
displaySystemState();
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 5: {
|
||||
showRecommendedRequests();
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case 0: {
|
||||
cout << "感谢使用银行家算法程序！" << endl;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
default: {
|
||||
cout << "无效选择，请重新输入！" << endl;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
} while (choice != 0);
|
||||
}
|
||||
};
|
||||
|
||||
int main() {
|
||||
// 创建银行家算法实例并运行
|
||||
BankersAlgorithm banker(0, 0);
|
||||
banker.run();
|
||||
return 0;
|
||||
}
|
||||
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