避免死鎖的銀行家演算法C++程式實現
本篇博文為追憶曾經寫過的算法系列第二篇（20081021）
溫故知新
目的：具有代表性的死鎖避免演算法是Dijskstra給出的銀行家演算法。本實驗是基於銀行家演算法的思想通過編寫C++程式實現銀行家演算法的計算機程式化，使其更實用。同時也加深了有關自願申請、避免死鎖等概念，體會避免死鎖的實際實現過程與方法。
要求： 1.設定程序p對各類資源r合理的最大需求max及初值確定；2.設定系統提供資源初始狀況allocation；3.設定每次某個程序對各類資源的申請表示need；4.編制C++程式，基於銀行家演算法思想，決定申請是否被允許。
說明：
1．資料結構
假設有p個程序r類資源，則有如下資料結構：
max[p][r] p個程序對r類資源的最大需求量
allocation[p][r]p個程序已經得到r類資源的資源量
need[p][r]p個程序還需要r類資源的資源量
available[r]當前系統對r類資源的可用資源數
2．銀行家演算法
設程序I提出請求request[r]，則銀行家演算法按如下規則進行判斷。
(1)如果request[r]<=need[p][r]，則轉(2)；否則，出錯。
(2)如果request[r]<=available [r]，則轉(3)；否則，出錯。
(3)系統試探分配資源，修改相關資料：
available[r]= available [r]-request[r]
allocation[pn][r]=allocation[pn]+request[r]
need[pn][r]=need[pn][r]-request[r]
其中，pn指第pn行申請資源。
(4)系統執行安全性檢查，如安全，則分配成立；否則試探險性分配作廢，系統恢復原狀，程序等待。
3．安全性檢查
(1)設定兩個工作向量work=available；finish[p]=0；
(2)從程序集合中找到一個滿足下述條件的程序，
finish[i]=0
need<=work
如找到，執行(3)；否則，執行(4)
(3)設程序獲得資源，可順利執行，直至完成，從而釋放資源：
work=work+allocation
finish[i]=1
轉（2）；
(4)如所有的程序finish[p]=1，則表示安全；否則系統不安全。
演算法流程：
演算法程式：
// gujinjin 08/10/05_06
// 避免死鎖銀行家演算法的C++ 程式設計實現
#include<iostream>
using namespace std;
// p 程序數，r 資源種類
#define p 4
#define r 3
/*-----------------------------------------------*/
/*輸入函式*/
/*-----------------------------------------------*/
//a-max,b-allocation,c-need,d-available
void input(int a[p][r],int b[p][r],int c[p][r],int d[r])
{
int i,j;
cout<<"* input max data:\n";
for(i=0;i<p;i++)
for(j=0;j<r;j++)cin>>a[i][j];
cout<<"* input allocation data:\n";
for(i=0;i<p;i++)
for(j=0;j<r;j++)cin>>b[i][j];
cout<<"* input need data:\n";
for(i=0;i<p;i++)
for(j=0;j<r;j++)cin>>c[i][j];
cout<<"* input available data:\n";
for(j=0;j<r;j++)cin>>d[j];
}
/*-----------------------------------------------*/
/*比較函式*/
/*-----------------------------------------------*/
//比較結果為m中的元素全大於n中的元素返回1，否則返回0
int com(int m[r],int n[r])
{
int i,flag=0;
for(i=0;i<r;i++)
if(m[i]<n[i])
{
flag=1;
break;
}
if(flag==1) return(0);
else return(1);
}
/*-----------------------------------------------*/
/*安全性檢驗函式*/
/*-----------------------------------------------*/
//b、c、d意義同上
int stest(int b[p][r],int c[p][r],int d[r])
{
int i,j,k,l,flag=0,flag1=0;
int t[r],finish[p],dd[r];
for(i=0;i<p;i++)finish[i]=0;//finish為1即表示available滿足某一程序並讓其實現
for(i=0;i<r;i++)dd[i]=d[i];
cout<<"分配序列：\n";
for(k=0;k<p;k++) //全搜尋，直至實現或不可能實現
{
for(i=0;i<p;i++)
{
if(finish[i]==1)continue;
else
{
for(j=0;j<r;j++)t[j]=c[i][j];
if(com(dd,t))
{
finish[i]=1;
cout<<i+1<<'\t';
flag=1;
for(l=0;l<r;l++)dd[l]=dd[l]+b[i][l];
break;
}
}
if(flag==1)break;
}
}
cout<<'\n';
for(l=0;l<p;l++)
{
//cout<<finish[l]<<endl;
if(finish[l]==0)flag1=1;
}
//cout<<flag1<<endl;
if(flag1==0)return(1); //flag1為記錄finish是否有0存在的標記，當flag1=0時，安全
else return(0);
}
/*-----------------------------------------------*/
/*申請程序後的安全性檢驗函式*/
/*-----------------------------------------------*/
//req-request,n-第n個程序申請資源
void rtest(int b[p][r],int c[p][r],int d[r],int req[r],int n)
{
int i,j;
int t[r];
n=n-1;
for(i=0;i<r;i++)t[i]=c[n][i];
if(com(d,req)&&com(t,req))//對available，request進行比較
{
for(j=0;j<r;j++)
{
b[n][j]=b[n][j]+req[j];
c[n][j]=c[n][j]-req[j];
d[j]=d[j]-req[j];
}
if(stest(b,c,d))cout<<"允許"<<n+1<<"個程序申請資源！\n";
else
{
cout<<"不允許"<<n+1<<"個程序申請資源！\n";
cout<<"恢復以前狀態！\n";
for(j=0;j<r;j++)
{
b[n][j]=b[n][j]-req[j];
c[n][j]=c[n][j]+req[j];
d[j]=d[j]+req[j];
}
}
}
else cout<<"申請資源量出錯！\n";
}
/*-----------------------------------------------*/
/*主函式*/
/*-----------------------------------------------*/
void main()
{
int j,n; //n-第n個資源申請
int max[p][r],allocation[p][r],need[p][r];
int available[r],request[r];
input(max,allocation,need,available);
if(stest(allocation,need,available)==1)cout<<"初始狀態安全！\n";
else cout<<"初始狀態不安全！\n";
cout<<" input request data:\n";
for(j=0;j<r;j++)cin>>request[j];
cout<<"第n個程序申請資源——n的值\n";
cin>>n;
rtest(allocation,need,available,request,n);
}結果演示：
