银行家算法-C语言实现

Posted 2021-05-16 三角形ABC

算法简介

银行家算法（Banker’sAlgorithm）是一个避免死锁（Deadlock）的著名算法，是由艾兹格·迪杰斯特拉在1965年为T.H.E系统设计的一种避免死锁产生的算法。它以银行借贷系统的分配策略为基础，判断并保证系统的安全运行。
—百度百科

当一个进程申请使用资源的时候，银行家算法通过先试探分配给该进程资源，然后通过安全性算法判断分配后的系统是否处于安全状态，若不安全则试探分配作废，让该进程继续等待。

安全性算法是判断分配后的系统是否会进入不安全状态，若不存在安全序列，则判定系统已经进入不安全状态。如果不按照安全序列分配资源，则系统可能会由安全状态进入不安全状态。

代码实现

1. 定义进程结构体，flag表示是否满足运行需求，finish表示是否已经运行完成，name表示进程名称，Max表示进程需要的最大需求资源量，Allocation表示该进程已经得到分配的资源量，Need表示该进程运行完成还需分配的资源量。定义资源向量Available，表示系统当前可进行分配的资源量。

#include<stdio.h>
#include<string.h>

#define M 10
#define N 50

int Available[M];

struct job{
	char name[5];
    int Max[M];
	int Allocation[M];
	int Need[M];
	int flag;       //每次是否达到运行要求的标志
	int finish;     //是否运行完成
};

2. 安全性算法是银行家算法的核心，该算法判断系统的安全状态，如果所有进程都能够按照某个顺序运行完成，则输出该安全序列，否则，判断系统为不安全状态。逐个循环判断进程是否满足运行条件，若满足，则将该进程的资源量全部释放，将finish值设为1，表示运行完成，并将其放在运行完成的进程队列尾（未运行的进程队列前），然后继续循环后续的进程，寻找下一个满足运行条件的进程… …。判断所有进程的finish是否都为1，即是否都完成运行，如果都已经完成，则排序后的进程队列就是其中的一个安全序列，否则说明不存在安全序列。

int safe(struct job jobs[N],int n,int m,int Available[M])
{

	char t_name[5];
    int t_Max;
	int t_Allocation;
	int t_Need;
	int t_flag;

	int i,j,k;
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		for(j=i;j<n;j++)      //遍历后面的所有作业，寻找满足的作业
		{
			for(k=0;k<m;k++)  //判断作业是否能够执行
			{
				if(jobs[j].Need[k]>Available[k])
					jobs[j].flag=0;
			}
			if(jobs[j].flag==1)        //如果满足要求，执行之后释放所有资源
			{
				for(k=0;k<m;k++)
				{
					jobs[j].Need[k]=0;
					jobs[j].Allocation[k]=0;
					Available[k]+=jobs[j].Max[k];
					jobs[j].finish=1;
				}

				//将第j个作业和第i个作业互换位置
				strcpy(t_name,jobs[j].name);		//交换作业名
				strcpy(jobs[j].name,jobs[i].name);
				strcpy(jobs[i].name,t_name);

				t_flag=jobs[j].flag;       //交换flag
				jobs[j].flag=jobs[i].flag;
				jobs[i].flag=t_flag;

				t_flag=jobs[j].finish;       //交换finish
				jobs[j].finish=jobs[i].finish;
				jobs[i].finish=t_flag;


			
				for(k=0;k<m;k++)					//交换其他值
				{
					t_Max=jobs[j].Max[k];       //交换最大需求
					jobs[j].Max[k]=jobs[i].Max[k];
					jobs[i].Max[k]=t_Max;

					t_Need=jobs[j].Need[k];       //交换还需要的资源量
					jobs[j].Need[k]=jobs[i].Need[k];
					jobs[i].Need[k]=t_Need;

					t_Allocation=jobs[j].Allocation[k];       //交换已分配的资源
					jobs[j].Allocation[k]=jobs[i].Allocation[k];
					jobs[i].Allocation[k]=t_Allocation;

				}
				break;
			}
		}
		for(j=i+1;j<n;j++)      //遍历后面的所有作业，将flag重新初始化为1
		{
			jobs[j].flag=1;
		}
	}
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		if(jobs[i].finish==0)
		{
			printf("不存在安全序列");
			return 0;
		}
	}
	printf("存在安全序列为：");
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		printf("%s  ",jobs[i].name);
	}
	printf("\\n");
	return 1;
}

3. 输出函数的实现，输出每个进程的资源分配情况及系统剩余可分配资源情况。

void print(struct job jobs[N],int n,int m)
{
	int i,k;
	printf("进程名称\\tMax\\t\\tAllocation\\tNeed\\n");
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		printf("%s\\t\\t",jobs[i].name);
		for(k=0;k<m;k++)
		{
			printf("%d ",jobs[i].Max[k]);
		}
		printf("  \\t");

		for(k=0;k<m;k++)
		{
			printf("%d ",jobs[i].Allocation[k]);
		}
		printf("  \\t");

		for(k=0;k<m;k++)
		{
			printf("%d ",jobs[i].Need[k]);
		}
		printf("\\n");
	}
	printf("\\n");
	printf("当前可分配资源为：");
	for(k=0;k<m;k++)
	{
		printf("%d ",Available[k]);
	}
	printf("\\n");
	printf("\\n");
}

4. 合法性检测函数，该函数判断资源量是否存在负数，如果存在，则说明输入错误或银行家算法试探分配错误。

int judge(struct job jobs[N],int n,int m)
{
	int i,k;
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		for(k=0;k<m;k++)
		{
			if(jobs[i].Max[k]<0||jobs[i].Allocation[k]<0||jobs[i].Need[k]<0)
				return 0;
		}
	}
	for(k=0;k<m;k++)
	{
		if(Available[k]<0)
			return 0;
	}
	return 1;
}

5. main函数实现数据的输入，并调用输出函数输出分配前的资源情况，然后输入进程请求的资源量，并试探着将资源分配给请求资源的进程，分配后再调用输出函数输出分配后的资源情况，最后调用安全性算法检测资源分配后系统是否仍然存在安全序列。

int main()
{

	struct job jobs[N];
	int i,k,m,n;
	int I,t;
	int A[M];
	printf("请输入资源的种数：");
	scanf("%d",&m);
	printf("请输入进程的个数：");
	scanf("%d",&n);
	printf("\\n");
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		printf("请输入第%d个进程的名称：",i+1);
		scanf("%s",jobs[i].name);
		printf("请输入第%d个进程所需最大的资源（各种资源数用空格隔开）：",i+1);
		for(k=0;k<m;k++)
		{
			scanf("%d",&jobs[i].Max[k]);
		}
		printf("请输入第%d个进程已经分配的资源（各种资源数用空格隔开）：",i+1);
		for(k=0;k<m;k++)
		{
			scanf("%d",&jobs[i].Allocation[k]);
			jobs[i].Need[k]=jobs[i].Max[k]-jobs[i].Allocation[k];
		}
		jobs[i].flag=1;
		jobs[i].finish=0;
		printf("\\n");
	}
	printf("请输入当前系统剩余可进行分配的资源（各种资源数用空格隔开）：",i+1);
	for(k=0;k<m;k++)
	{
		scanf("%d",&Available[k]);
	}
	printf("\\n");

	if(judge(jobs,n,m)==0)
	{
		printf("输入有误！\\n");
		return 0;
	}
	printf("当前资源分配情况如下：\\n");
	print(jobs,n,m);

	printf("请输入要请求资源的进程是第几个：");
	scanf("%d",&I);
	I--;

	printf("请输入要请求的资源（各种资源数用空格隔开）：");
	for(k=0;k<m;k++)
	{
		scanf("%d",&A[k]);
	}
	for(k=0;k<m;k++)
	{
		jobs[I].Allocation[k]=jobs[I].Allocation[k]+A[k];
		jobs[I].Need[k]=jobs[I].Need[k]-A[k];
		Available[k]=Available[k]-A[k];
	}
	printf("\\n");
	if(judge(jobs,n,m)==0)
	{
		printf("输入有误！\\n");
		return 0;
	}
	printf("分配后资源情况如下：\\n");
	print(jobs,n,m);

	printf("分配后系统");
	t=safe(jobs,n,m,Available);
	printf("\\n");
	if(t==1)
	{
		printf("分配成功");
	}
	else
		printf("分配失败");
	printf("\\n");
	printf("\\n");
	printf("\\n");
	printf("按Enter退出\\n");
	getchar();
	getchar();
}

样例展示