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银行家算法C++代码
2023-07-12 00:48:18 深夜i     14     0
银行家算法 C++代码 安全状态 进程管理 资源分配

银行家算法是一种安全性较高的进程调度算法，常用于操作系统中。它能够判断在某个状态下，系统能否满足所有进程对资源的需求而不发生死锁。本文介绍一段银行家算法的C++代码实现。

首先，需要定义一些数据结构来表示系统的状态。我们可以使用两个数组来表示系统中所有进程和资源的数量，以及它们之间的需求和分配情况。具体来说，我们定义如下的结构体：

typedef struct {
  int available[MAX_RESOURCES];
  int max[MAX_PROCESSES][MAX_RESOURCES];
  int allocated[MAX_PROCESSES][MAX_RESOURCES];
} state;

其中，`MAX_RESOURCES`和`MAX_PROCESSES`分别表示资源和进程的总数。在本算法中，我们假设每个进程最多需要`MAX_RESOURCES`个资源，并且每次只能请求或释放一个资源。

接下来，我们实现银行家算法的主体部分。算法的核心是一个 `safetyCheck` 函数，它模拟进程的请求和释放行为，检查系统是否处于安全状态。

bool safetyCheck(int pid, int request[], state& current) {
  bool finish[MAX_PROCESSES] = { false };
  int work[MAX_RESOURCES];
  for (int i = 0; i < MAX_RESOURCES; i++) {
    work[i] = current.available[i] - request[i];
    current.allocated[pid][i] += request[i];
  }
  for (int i = 0; i < MAX_RESOURCES; i++) {
    if (current.max[pid][i] < current.allocated[pid][i])
      cout << "Error: process exceeds its maximum claim" << endl;
      return false;
    
  }
  while (true) {
    bool found = false;
    for (int i = 0; i < MAX_PROCESSES; i++) {
      if (!finish[i]) {
        bool all = true;
        for (int j = 0; j < MAX_RESOURCES; j++) {
          if (current.max[i][j] - current.allocated[i][j] > work[j])
            all = false;
            break;
          
        }
        if (all) {
          for (int j = 0; j < MAX_RESOURCES; j++) {
            work[j] += current.allocated[i][j];
          }
          finish[i] = true;
          found = true;
        }
      }
    }
    if (!found) {
      for (int i = 0; i < MAX_RESOURCES; i++) {
        work[i] += request[i];
      }
      current.allocated[pid][i] -= request[i];
      return false;
    }
    bool allFinish = true;
    for (int i = 0; i < MAX_PROCESSES; i++) {
      if (!finish[i])
        allFinish = false;
        break;
      
    }
    if (allFinish) {
      for (int i = 0; i < MAX_RESOURCES; i++) {
        current.available[i] = work[i];
      }
      return true;
    }
  }
}

该函数使用一个`finish`数组表示当前系统中的进程是否已经完成，以及一个`work`数组表示剩余可用的资源数量。在每一轮循环中，我们检查是否有进程可以完成（即可满足其对资源的请求），如果出现了无法继续处理的情况则返回安全状态失败。

最后，我们可以将该函数应用到具体的场景中。假设系统中有5个进程和3个资源，我们可以初始化 `state` 结构体如下：

state current;
current.available[0] = 3;
current.available[1] = 3;
current.available[2] = 2;
current.max[0][0] = 7;
current.max[0][1] = 5;
current.max[0][2] = 3;
current.max[1][0] = 3;
current.max[1][1] = 2;
current.max[1][2] = 2;
current.max[2][0] = 9;
current.max[2][1] = 0;
current.max[2][2] = 2;
current.max[3][0] = 2;
current.max[3][1] = 2;
current.max[3][2] = 2;
current.max[4][0] = 4;
current.max[4][1] = 3;
current.max[4][2] = 3;
current.allocated[0][0] = 0;
current.allocated[0][1] = 1;
current.allocated[0][2] = 0;
current.allocated[1][0] = 2;
current.allocated[1][1] = 0;
current.allocated[1][2] = 0;
current.allocated[2][0] = 3;
current.allocated[2][1] = 0;
current.allocated[2][2] = 2;
current.allocated[3][0] = 2;
current.allocated[3][1] = 1;
current.allocated[3][2] = 1;
current.allocated[4][0] = 0;
current.allocated[4][1] = 0;
current.allocated[4][2] = 2;

这个例子中，第一个进程需要7个资源、第二个进程需要3个资源，以此类推。同时，一开始已经有一些资源被分配给了各个进程。

现在，我们尝试给第二个进程分配1个资源，来看看系统是否处于安全状态：

int request[MAX_RESOURCES] = 1;
if (safetyCheck(1, request, current))
  cout << "The system is in safe state" << endl;
else
  cout << "The system is in unsafe state" << endl;

运行该程序可以发现，系统处于安全状态，即可满足所有进程的需求而不会发生死锁。这个例子也展示了银行家算法的应用，希望读者能够从中理解算法的思路并将其应用到实际场景中。

  
  

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