C#实现银行家算法
作者：Zoe_hedgehog
本文实例为大家分享了C#实现银行家算法的具体代码，供大家参考，具体内容如下
1.死锁
死锁，顾名思义，是一种锁住不可自行解开的死局。
在操作系统中，“死锁”用于描述资源分配时，进程互相抢占资源，又因为需求的资源被别的进程抢占，只好互相等待，以至于等待循环中的所有进程均无法正常运行的情况。
死锁形成需要四个条件，这四个条件缺少一个，就不会形成死锁。
死锁的四个条件
1）互斥条件
即对于某资源在一段时间内仅允许一个进程占有使用。
2）占有且等待条件/请求和保持条件
在进程已经占有一个或多个资源的情况下，若它仍申请新的资源，在等待获得新的资源时，进程仍会继续占有旧有资源，不会主动释放。
3）不可抢占条件
直到占有该资源的进程使用完毕之前，其他任何进程均不应该强行抢占该资源。
4）循环等待条件
若干个进程之间形成了一个等待循环。
2.安全状态
若针对目前资源分配情况，系统可以找到某种次序为进程分配资源，使得所有进程能够依次运行成功，则称系统此时的分配状态是安全的，分配资源的次序称为“安全序列”。
安全状态时系统中无死锁，所以所有避免死锁的算法都尽可能地使系统进入安全状态。
值得注意的是，即使是安全状态下的系统，如果资源分配不当，仍然可以使系统变为不安全状态。
3.银行家算法
1）设计思想
在系统中，进程发起一项资源分配请求，由系统检查是否可以满足该分配请求，若可以，应暂时满足该请求，并查看此时系统是否仍是安全状态。
2）程序流程图
可以分为三个功能模块，第一个模块检查需求是否可以被满足，第二个模块检查系统是否安全，第三个模块是主程序，通过调用前两个模块实现资源分配或请求驳回。
3）数据结构
设有m种资源，n个进程。
int[] Available[m] 系统内可用资源
int[,] Max[n,m] 进程对每种资源的最大需求
int[,] Allocation[n,m] 已分配给各个进程的资源
int[,] Need[n,m] 目前各个进程对各个资源的需求数
[显然有Need=Max-Allocation]
int[,] Require[m] 对于各种资源的请求函数
bool[] Finish[n] 进程是否可以成功运行的标志
int[] Work[m] 用于分配资源的向量
[定义：Work=Available-Require]
4）窗体设计
5)窗体代码
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;//进程数目
public int m = 1;//资源分类数
int[,] Allocation;
int[,] Max;
int[] Available;
int[,] Need;
int[] Require;
string order;//输出安全序列
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矩阵\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//输入max矩阵
{
tb_output.Text += "\r\nMax矩阵\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;
///计算Need矩阵///
Need = new int[n, m];
tb_output.Text += "\r\nNeed矩阵\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];
}
}
///输入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检测当前状态是否安全中…\r\n";
if (CheckSecure(Available, finish, Need, Allocation))
{
tb_output.Text += "系统目前安全"+"安全序列"+order;
}
else
{
tb_output.Text += "系统目前不安全";
}
}
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++;
}
///检查///
if (bigger_1 != 0)
{
tb_output.Text += "\r\n错误：进程申请的资源多于说明的最大量,系统无法满足\r\n";
}
else if (bigger_2 != 0)
{
tb_output.Text += "\r\n进程" + tb_pid.Text + "暂时阻塞\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系统处于安全状态，且已经分配完毕\r\n"+"安全序列"+order ;
}
else
{ tb_output.Text += "\r\n该请求将导致系统处于不安全状态，已经撤销分配\r\n"; }
}
}
}
///检查安全状态///
public bool CheckSecure(int[] work,bool[] finish,int[,] temp_need,int[,] temp_allocation)
{
int num = 0;//need[i]<=work[i]的个数
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;
}
}
}
计算效果如下：
3.总结
实现功能
允许输入数据（只输入Available,Max,Allocation即可，Need可以自动计算，矩阵同一行元素之间用“，”隔开，换行时用空格隔开）
使用银行家算法进行安全检查（若未提出请求，则应使进程号与Require后面的textbox内容为空，点击“提出请求”按钮即可检查当前系统安全状态）
输出状态结果
输出安全序列（注：输出的是进程号，默认序号从0开始）
不足之处
未写出完整的约束
不能输出分配成功后的系统状态
交互不够人性化，例如没有在输出文本框中加入滚动条，不方便使用者查看结果
问题
例子中经过程序计算后的need矩阵中出现了负数，不知道是为什么，正在排查错误。
关键点
——向量比较：银行家算法中的向量大小比较与数学中的向量大小比较（范数比较）不同，只有向量a中的所有分量均大于向量b，才可以称为向量a大于向量b。向量比较主要用在检查Require是否合法，本例中使用for循环对于两向量的各个分量进行比较，设置一个初始值为0的信号变量，若任一分量小于对应分量，则将信号变量++，循环结束后只需要检查信号变量是否为0即可知道是否前者大于后者。
——矩阵输入：使用split方法，将字符串按照给定符号（char,char[]）分隔开，并赋给一个给定大小的数组，在本例中使用逗号和空格分开了不同列不同行的元素，定义全局变量m与n，在给数组赋值前需要使用mn初始化数组大小。
——使用临时变量代替真实变量，方便恢复变量数值。因为银行家算法中，若资源分配后系统不安全，要求系统必须撤销所有分配，所以使用临时变量可以避免大量的恢复运算，即使经过检查后，系统为安全状态，也只需要将临时变量的值赋给真实变量即可。
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