避免死锁的银行家算法C++程序实现



本篇博文为追忆以前写过的算法系列第二篇（20081021）

温故知新

目的：具有代表性的死锁避免算法是Dijskstra给出的银行家算法。本实验是基于银行家算法的思想通过编写C++程序实现银行家算法的计算机程序化。使其更有用。同一时候也加深了有关自愿申请、避免死锁等概念，体会避免死锁的实际实现过程与方法。

要求： 1.设定进程p对各类资源r合理的最大需求max及初值确定；2.设定系统提供资源初始状况allocation。3.设定每次某个进程对各类资源的申请表示need；4.编制C++程序。基于银行家算法思想。决定申请是否被同意。

说明：

1．数据结构

如果有p个进程r类资源，则有例如以下数据结构：

max[p][r]          p个进程对r类资源的最大需求量

allocation[p][r] p个进程已经得到r类资源的资源量

need[p][r]        p个进程还须要r类资源的资源量

available[r]    当前系统对r类资源的可用资源数

2．银行家算法

设进程I提出请求request[r]，则银行家算法按例如以下规则进行推断。

(1)假设request[r]<=need[p][r]，则转(2)；否则，出错。

(2)假设request[r]<=available
[r]，则转(3)；否则，出错。

(3)系统试探分配资源，改动相关数据：

available[r]= available [r]-request[r]

allocation[pn][r]=allocation[pn]+request[r]

need[pn][r]=need[pn][r]-request[r]

当中，pn指第pn行申请资源。

(4)系统运行安全性检查，如安全，则分配成立。否则试探险性分配作废，系统恢复原状，进程等待。

3．安全性检查

(1)设置两个工作向量work=available；finish[p]=0；

(2)从进程集合中找到一个满足下述条件的进程。

finish[i]=0

need<=work

如找到，运行(3)。否则，运行(4)

(3)设进程获得资源。可顺利运行，直至完毕，从而释放资源：

work=work+allocation

finish[i]=1

转（2）；

(4)如全部的进程finish[p]=1，则表示安全；否则系统不安全。

算法流程：

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算法程序：

// gujinjin 08/10/05_06
// 避免死锁银行家算法的C++ 编程实现

#include<iostream>
using namespace std;

// p 进程数，r 资源种类
#define p 4
#define r 3

/*-----------------------------------------------*/
/*输入函数*/
/*-----------------------------------------------*/
//a-max,b-allocation,c-need,d-available
void input(int a[p][r],int b[p][r],int c[p][r],int d[r])
{
	int i,j;
	cout<<"* input max data:\n";
	for(i=0;i<p;i++)
		for(j=0;j<r;j++)cin>>a[i][j];
	cout<<"* input allocation data:\n";
	for(i=0;i<p;i++)
		for(j=0;j<r;j++)cin>>b[i][j];
	cout<<"* input need data:\n";
	for(i=0;i<p;i++)
		for(j=0;j<r;j++)cin>>c[i][j];
    cout<<"* input available data:\n";
	for(j=0;j<r;j++)cin>>d[j];
}

/*-----------------------------------------------*/
/*比較函数*/
/*-----------------------------------------------*/
//比較结果为m中的元素全大于n中的元素返回1，否则返回0
int com(int m[r],int n[r])
{
	int i,flag=0;
	for(i=0;i<r;i++)
		if(m[i]<n[i])
		{
			flag=1;
		    break;
		}
	if(flag==1)	return(0);
	else return(1);
}

/*-----------------------------------------------*/
/*安全性检验函数*/
/*-----------------------------------------------*/
//b、c、d意义同上
int stest(int b[p][r],int c[p][r],int d[r])
{
	int i,j,k,l,flag=0,flag1=0;
	int t[r],finish[p],dd[r];
	for(i=0;i<p;i++)finish[i]=0;//finish为1即表示available满足某一进程并让事实上现

	for(i=0;i<r;i++)dd[i]=d[i];
	cout<<"分配序列：\n";
	for(k=0;k<p;k++)            //全搜索。直至实现或不可能实现
	{
		for(i=0;i<p;i++)
		{
			if(finish[i]==1)continue;
			else
			{
				for(j=0;j<r;j++)t[j]=c[i][j];
				if(com(dd,t))
				{
					finish[i]=1;
					cout<<i+1<<'\t';
				    flag=1;
					for(l=0;l<r;l++)dd[l]=dd[l]+b[i][l];
					break;
				}
			}
			if(flag==1)break;
		}
	}
	cout<<'\n';
	for(l=0;l<p;l++)
	{
		//cout<<finish[l]<<endl;
		if(finish[l]==0)flag1=1;
	}
	    //cout<<flag1<<endl;
	if(flag1==0)return(1);    //flag1为记录finish是否有0存在的标记，当flag1=0时，安全
	else return(0);
}

/*-----------------------------------------------*/
/*申请进程后的安全性检验函数*/
/*-----------------------------------------------*/
//req-request,n-第n个进程申请资源
void rtest(int b[p][r],int c[p][r],int d[r],int req[r],int n)
{
	int i,j;
	int t[r];
	n=n-1;
	for(i=0;i<r;i++)t[i]=c[n][i];
	if(com(d,req)&&com(t,req))//对available，request进行比較
	{
		for(j=0;j<r;j++)
		{
			b[n][j]=b[n][j]+req[j];
			c[n][j]=c[n][j]-req[j];
			d[j]=d[j]-req[j];
		}
	    if(stest(b,c,d))cout<<"同意"<<n+1<<"个进程申请资源！

\n";
	    else
		{
		cout<<"不同意"<<n+1<<"个进程申请资源！\n";

		cout<<"恢复曾经状态！\n";
	    for(j=0;j<r;j++)
		{
			b[n][j]=b[n][j]-req[j];
			c[n][j]=c[n][j]+req[j];
			d[j]=d[j]+req[j];
		}
		}
	}

	else cout<<"申请资源量出错！

\n";
}

/*-----------------------------------------------*/
/*主函数*/
/*-----------------------------------------------*/
void main()
{
	int j,n;                   //n-第n个资源申请
	int max[p][r],allocation[p][r],need[p][r];
	int available[r],request[r];
	input(max,allocation,need,available);

	if(stest(allocation,need,available)==1)cout<<"初始状态安全。\n";
	else cout<<"初始状态不安全。\n";

	cout<<" input request data:\n";
	for(j=0;j<r;j++)cin>>request[j];

	cout<<"第n个进程申请资源——n的值\n";
	cin>>n;

	rtest(allocation,need,available,request,n);
}

结果演示：