C#如何實(shí)現(xiàn)銀行家算法

這篇文章給大家分享的是有關(guān)C#如何實(shí)現(xiàn)銀行家算法的內(nèi)容。小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，一起跟隨小編過來看看吧。

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(cè)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。

感謝各位的閱讀！關(guān)于“C#如何實(shí)現(xiàn)銀行家算法”這篇文章就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，讓大家可以學(xué)到更多知識(shí)，如果覺得文章不錯(cuò)，可以把它分享出去讓更多的人看到吧！