C#實(shí)現(xiàn)銀行家算法
本文實(shí)例為大家分享了C#實(shí)現(xiàn)銀行家算法的具體代碼，供大家參考，具體內(nèi)容如下
1.死鎖
死鎖，顧名思義，是一種鎖住不可自行解開的死局。
在操作系統(tǒng)中，“死鎖”用于描述資源分配時(shí)，進(jìn)程互相搶占資源，又因?yàn)樾枨蟮馁Y源被別的進(jìn)程搶占，只好互相等待，以至于等待循環(huán)中的所有進(jìn)程均無法正常運(yùn)行的情況。
死鎖形成需要四個(gè)條件，這四個(gè)條件缺少一個(gè)，就不會(huì)形成死鎖。
死鎖的四個(gè)條件
1）互斥條件
即對(duì)于某資源在一段時(shí)間內(nèi)僅允許一個(gè)進(jìn)程占有使用。
2）占有且等待條件/請(qǐng)求和保持條件
在進(jìn)程已經(jīng)占有一個(gè)或多個(gè)資源的情況下，若它仍申請(qǐng)新的資源，在等待獲得新的資源時(shí)，進(jìn)程仍會(huì)繼續(xù)占有舊有資源，不會(huì)主動(dòng)釋放。
3）不可搶占條件
直到占有該資源的進(jìn)程使用完畢之前，其他任何進(jìn)程均不應(yīng)該強(qiáng)行搶占該資源。
4）循環(huán)等待條件
若干個(gè)進(jìn)程之間形成了一個(gè)等待循環(huán)。
2.安全狀態(tài)
若針對(duì)目前資源分配情況，系統(tǒng)可以找到某種次序?yàn)檫M(jìn)程分配資源，使得所有進(jìn)程能夠依次運(yùn)行成功，則稱系統(tǒng)此時(shí)的分配狀態(tài)是安全的，分配資源的次序稱為“安全序列”。
安全狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)中無死鎖，所以所有避免死鎖的算法都盡可能地使系統(tǒng)進(jìn)入安全狀態(tài)。
值得注意的是，即使是安全狀態(tài)下的系統(tǒng)，如果資源分配不當(dāng)，仍然可以使系統(tǒng)變?yōu)椴话踩珷顟B(tài)。
3.銀行家算法
1）設(shè)計(jì)思想
在系統(tǒng)中，進(jìn)程發(fā)起一項(xiàng)資源分配請(qǐng)求，由系統(tǒng)檢查是否可以滿足該分配請(qǐng)求，若可以，應(yīng)暫時(shí)滿足該請(qǐng)求，并查看此時(shí)系統(tǒng)是否仍是安全狀態(tài)。
2）程序流程圖
可以分為三個(gè)功能模塊，第一個(gè)模塊檢查需求是否可以被滿足，第二個(gè)模塊檢查系統(tǒng)是否安全，第三個(gè)模塊是主程序，通過調(diào)用前兩個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)資源分配或請(qǐng)求駁回。
3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
設(shè)有m種資源，n個(gè)進(jìn)程。
int[] Available[m] 系統(tǒng)內(nèi)可用資源
int[,] Max[n,m] 進(jìn)程對(duì)每種資源的最大需求
int[,] Allocation[n,m] 已分配給各個(gè)進(jìn)程的資源
int[,] Need[n,m] 目前各個(gè)進(jìn)程對(duì)各個(gè)資源的需求數(shù)
[顯然有Need=Max-Allocation]
int[,] Require[m] 對(duì)于各種資源的請(qǐng)求函數(shù)
bool[] Finish[n] 進(jìn)程是否可以成功運(yùn)行的標(biāo)志
int[] Work[m] 用于分配資源的向量
[定義：Work=Available-Require]
4）窗體設(shè)計(jì)
5)窗體代碼
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;
namespace bank
{
public partial class Form1 : Form
{
public int n = 1;//進(jìn)程數(shù)目
public int m = 1;//資源分類數(shù)
int[,] Allocation;
int[,] Max;
int[] Available;
int[,] Need;
int[] Require;
string order;//輸出安全序列
public Form1()
{
InitializeComponent();
}
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
n = Convert.ToInt32( tb_proNum.Text);
m = Convert.ToInt32(tb_resouseClass.Text);
}
private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
{
if (rb_allocation.Checked)
{
tb_output.Text += "Allocation矩陣\r\n";
string[] str = tb_datainput.Text.Split(' ');
Allocation = new int[n, m];
for (int i = 0; i < n; i++)
{
tb_output.Text+="\r\n";
string[] temp= str[i].Split(',');
for (int j = 0; j < m; j++)
{
Allocation[i, j] = Convert.ToInt32(temp[j]);
tb_output.Text += " " + Allocation[i, j];
}
}
}
else if (rb_available.Checked)
{
tb_output.Text += "\r\nAvailable向量\r\n";
string[] str = tb_datainput.Text.Split(',');
Available = new int[m];
for (int i = 0; i < m; i++)
{
Available[i] = Convert.ToInt32(str[i]);
tb_output.Text += " " + Available[i];
}
}
else//輸入max矩陣
{
tb_output.Text += "\r\nMax矩陣\r\n";
string[] str = tb_datainput.Text.Split(' ');
Max = new int[n, m];
for (int i = 0; i < n; i++)
{
tb_output.Text+="\r\n";
string[] temp = str[i].Split(',');
for (int j = 0; j < m; j++)
{
Max[i, j] = Convert.ToInt32(temp[j]);
tb_output.Text += " " + Max[i, j];
}
}
}
}
private void button3_Click(object sender, EventArgs e)
{
int PID = 0;
bool[] finish = new bool[n];
for (int i = 0; i < n; i++)
{
finish[i] = false;
}
if (tb_pid.Text == "")
;
else
PID = Convert.ToInt32(tb_pid.Text) ;
int bigger_1 = 0;
int bigger_2 = 0;
///計(jì)算Need矩陣///
Need = new int[n, m];
tb_output.Text += "\r\nNeed矩陣\r\n";
for (int i = 0; i < n; i++)
{
tb_output.Text += "\r\n";
for (int j = 0; j < m; j++)
{
Need[i, j] = Max[i, j] - Allocation[i, j];
tb_output.Text += " " + Need[i, j];
}
}
///輸入Require///
if (tb_require.Text == "")
{
Require = new int[m];
for (int i = 0; i < m; i++)
{ Require[i] = 0; }
PID = 0;
tb_output.Text += "\r\n檢測當(dāng)前狀態(tài)是否安全中…\r\n";
if (CheckSecure(Available, finish, Need, Allocation))
{
tb_output.Text += "系統(tǒng)目前安全"+"安全序列"+order;
}
else
{
tb_output.Text += "系統(tǒng)目前不安全";
}
}
else
{
string[] str = tb_require.Text.Split(',');
Require = new int[m];
for (int i = 0; i < m; i++)
{
Require[i] = Convert.ToInt32(str[i]);
if (Require[i] > Need[PID, i])
bigger_1++;
if (Require[i] > Available[i])
bigger_2++;
}
///檢查///
if (bigger_1 != 0)
{
tb_output.Text += "\r\n錯(cuò)誤：進(jìn)程申請(qǐng)的資源多于說明的最大量,系統(tǒng)無法滿足\r\n";
}
else if (bigger_2 != 0)
{
tb_output.Text += "\r\n進(jìn)程" + tb_pid.Text + "暫時(shí)阻塞\r\n";
}
else
{
int[] temp_available = Available;
int[,] temp_allocation = Allocation;
int[,] temp_need = Need;
for (int j = 0; j < m; j++)
{
temp_available[j] -= Require[j];
temp_allocation[PID, j] += Require[j];
temp_need[PID, j] -= Require[j];
}
if (CheckSecure(temp_available, finish, temp_need, temp_allocation))
{
Available = temp_available;
Allocation = temp_allocation;
Need = temp_need;
tb_output.Text += "\r\n系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，且已經(jīng)分配完畢\r\n"+"安全序列"+order ;
}
else
{ tb_output.Text += "\r\n該請(qǐng)求將導(dǎo)致系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)，已經(jīng)撤銷分配\r\n"; }
}
}
}
///檢查安全狀態(tài)///
public bool CheckSecure(int[] work,bool[] finish,int[,] temp_need,int[,] temp_allocation)
{
int num = 0;//need[i]<=work[i]的個(gè)數(shù)
order ="";
int[] wor = work;
bool[] finis = finish;
int[,] temp_nee = temp_need;
int[,] temp_allocatio = temp_allocation;
int K=0;
while (K < 10)
{
for (int i = 0; i < n; i++)
{
if (!finis[i])
{
for (int j = 0; j < m; j++)
{
if (temp_nee[i, j] <= wor[j])
num++;
}
if (num == m)
{
for (int j = 0; j < m; j++)
{
wor[j] += temp_allocatio[i, j];
}
finis[i] = true;
order += i;
num = 0;
}
else num = 0;
}
else
if (checkFinish(finis))
return true;
}
K++;
}
if (checkFinish(finis))
return true;
else
return false;
}
public bool checkFinish(bool[] f)
{int num=0;
foreach (bool k in f)
{
if (k)
num++;
}
if (num == f.Length)
return true;
else return false;
}
}
}
計(jì)算效果如下：
3.總結(jié)
實(shí)現(xiàn)功能
允許輸入數(shù)據(jù)（只輸入Available,Max,Allocation即可，Need可以自動(dòng)計(jì)算，矩陣同一行元素之間用“，”隔開，換行時(shí)用空格隔開）
使用銀行家算法進(jìn)行安全檢查（若未提出請(qǐng)求，則應(yīng)使進(jìn)程號(hào)與Require后面的textbox內(nèi)容為空，點(diǎn)擊“提出請(qǐng)求”按鈕即可檢查當(dāng)前系統(tǒng)安全狀態(tài)）
輸出狀態(tài)結(jié)果
輸出安全序列（注：輸出的是進(jìn)程號(hào)，默認(rèn)序號(hào)從0開始）
不足之處
未寫出完整的約束
不能輸出分配成功后的系統(tǒng)狀態(tài)
交互不夠人性化，例如沒有在輸出文本框中加入滾動(dòng)條，不方便使用者查看結(jié)果
問題
例子中經(jīng)過程序計(jì)算后的need矩陣中出現(xiàn)了負(fù)數(shù)，不知道是為什么，正在排查錯(cuò)誤。
關(guān)鍵點(diǎn)
——向量比較：銀行家算法中的向量大小比較與數(shù)學(xué)中的向量大小比較（范數(shù)比較）不同，只有向量a中的所有分量均大于向量b，才可以稱為向量a大于向量b。向量比較主要用在檢查Require是否合法，本例中使用for循環(huán)對(duì)于兩向量的各個(gè)分量進(jìn)行比較，設(shè)置一個(gè)初始值為0的信號(hào)變量，若任一分量小于對(duì)應(yīng)分量，則將信號(hào)變量++，循環(huán)結(jié)束后只需要檢查信號(hào)變量是否為0即可知道是否前者大于后者。
——矩陣輸入：使用split方法，將字符串按照給定符號(hào)（char,char[]）分隔開，并賦給一個(gè)給定大小的數(shù)組，在本例中使用逗號(hào)和空格分開了不同列不同行的元素，定義全局變量m與n，在給數(shù)組賦值前需要使用mn初始化數(shù)組大小。
——使用臨時(shí)變量代替真實(shí)變量，方便恢復(fù)變量數(shù)值。因?yàn)殂y行家算法中，若資源分配后系統(tǒng)不安全，要求系統(tǒng)必須撤銷所有分配，所以使用臨時(shí)變量可以避免大量的恢復(fù)運(yùn)算，即使經(jīng)過檢查后，系統(tǒng)為安全狀態(tài)，也只需要將臨時(shí)變量的值賦給真實(shí)變量即可。
以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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