C#实现银行家算法

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。

来源：https://blog.csdn.net/qq_29150007/article/details/51989675