C#如何实现银行家算法

这篇文章给大家分享的是有关C#如何实现银行家算法的内容。小编觉得挺实用的，因此分享给大家做个参考，一起跟随小编过来看看吧。

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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