银行家算法

做面试题时，碰到银行家算法能够避免死锁。于是乎，找找资料来研究一下。

银行家算法的由来是银行家向客户贷款这一实际问题。类似于操作系统给进程分配资源。它的数据结构包括：一维资源数组、二维进程资源最大需求数组、二维资源分配数组、二维目前资源需要数组。还有当进程请求资源时的资源请求数组。

当系统处于安全状态下是不会进入死锁状态的，只有处于不安全状态下系统才会进入死锁状态。保证程序处于安全状态就可以避免死锁。算法是参考大神的，后面附上我的理解：

#include<iostream>
using namespace std;
#define MAXPROCESS 50                          /*最大进程数*/
#define MAXRESOURCE 100                        /*最大资源数*/
int AVAILABLE[MAXRESOURCE];                    /*可用资源数组*/
int MAX[MAXPROCESS][MAXRESOURCE];              /*最大需求矩阵*/
int ALLOCATION[MAXPROCESS][MAXRESOURCE];       /*分配矩阵*/
int NEED[MAXPROCESS][MAXRESOURCE];             /*需求矩阵*/
int REQUEST[MAXPROCESS][MAXRESOURCE];          /*进程需要资源数*/
bool FINISH[MAXPROCESS];                       /*系统是否有足够的资源分配*/
int p[MAXPROCESS];                             /*记录序列*/
int m,n;                                       /*m个进程,n个资源*/
void Init();
bool Safe();
void Bank();
void showdata(int,int);

int main()
{
Init();
Safe();
Bank();
}

void Init()                /*初始化算法*/
{
int i,j;
cout<<"请输入进程的数目:";
cin>>m;
cout<<"请输入资源的种类:";
cin>>n;
cout<<"请输入每个进程最多所需的各资源数,按照"<<m<<"x"<<n<<"矩 阵输入"<<endl;
for(i=0;i<m;i++)
for(j=0;j<n;j++)
cin>>MAX[i][j];
cout<<"请输入每个进程已分配的各资源数,也按照"<<m<<"x"<<n<<"矩 阵输入"<<endl;
for(i=0;i<m;i++)
{
for(j=0;j<n;j++)
{
cin>>ALLOCATION[i][j];
NEED[i][j]=MAX[i][j]-ALLOCATION[i][j];
if(NEED[i][j]<0)
{
cout<<"您输入的第"<<i+1<<"个进程所拥有的第"<<j+1<<"个资源数 错误,请重新输入:"<<endl;
j--;
continue;
}
}
}
cout<<"请输入各个资源现有的数目:"<<endl;
for(i=0;i<n;i++)
{
cin>>AVAILABLE[i];
}
}
void Bank()                /*银行家算法*/
{
int i,cusneed,flag = 0;
char again;
while(1)
{
showdata(n,m);////////////////////////////////////////////////////////////////////
cout<<endl;
input:
cout<<"请输入要申请资源的进程号(注:第1个进程号为0,依次类推)"<<endl;
cin>>cusneed;
if (cusneed > m)
{
cout<<"没有该进程，请重新输入"<<endl;
goto input;
}
cout<<"请输入进程所请求的各资源的数量"<<endl;
for(i=0;i<n;i++)
{
cin>>REQUEST[cusneed][i];
}
for(i=0;i<n;i++)
{
if(REQUEST[cusneed][i]>NEED[cusneed][i])//如果用户选择的线程的第i个资源请求数＞该线程该资源所需的数量
{
cout<<"您输入的请求数超过进程的需求量!请重新输入!"<<endl;
goto input;
}
if(REQUEST[cusneed][i]>AVAILABLE[i])//如果用户选择的线程的第i个资源请求数＞系统现有的第i个资源的数量
{
cout<<"您输入的请求数超过系统有的资源数!请重新输入!"<<endl;
goto input;
}
}
for(i=0;i<n;i++)//如果请求合理，那么下面
{
AVAILABLE[i]-=REQUEST[cusneed][i];//系统可用资源减去申请了的
ALLOCATION[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];//线程被分配的资源加上已申请了的
NEED[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];//线程还需要的资源减去已申请得到的
}
if(Safe())//AVAILABLE  ALLOCATION  NEED变动之后，是否会导致不安全
{
cout<<"同意分配请求!"<<endl;
}
else
{
cout<<"您的请求被拒绝!"<<endl;
for(i=0;i<n;i++)
{
AVAILABLE[i]+=REQUEST[cusneed][i];
ALLOCATION[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];
NEED[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];
}
}
for (i=0;i<n;i++)
{
if (NEED[cusneed][i] <= 0)
{
flag++;
}
}
if (flag == n)//如果该进程各资源都已满足条件，则释放资源
{
for (i=0;i<n;i++)
{
AVAILABLE[i] += ALLOCATION[cusneed][i];
ALLOCATION[cusneed][i] = 0;
NEED[cusneed][i] = 0;
}
cout<<"线程"<<cusneed<<" 占有的资源被释放！"<<endl;
flag = 0;
}
for(i=0;i<m;i++)//分配好了以后将进程的标识FINISH改成false
{
FINISH[i]=false;
}
cout<<"您还想再次请求分配吗?是请按y/Y,否请按其它键"<<endl;
cin>>again;
if(again=='y'||again=='Y')
{
continue;
}
break;
}
}
bool Safe()                                    /*安全性算法*/
{
int i,j,k,l=0;
int Work[MAXRESOURCE];                    /*工作数组*/
for(i=0;i<n;i++)
Work[i]=AVAILABLE[i];
for(i=0;i<m;i++)
{
FINISH[i]=false;//FINISH记录每个进程是否安全
}
for(i=0;i<m;i++)
{
for(j=0;j<n;j++)//循环查找第i个进程需要的各个资源数 是否 超过系统现有的对应的资源数
{
if(NEED[i][j]>Work[j])//第i个进程需要的第j个资源数 ＞ 系统现有的第j个资源数
{
break;
}
}
if(j==n)//如果第i个进程所需的各个资源数都没有超过系统现有的对应资源数
{
FINISH[i]=true;//给该进程的FINISH标记为true
for(k=0;k<n;k++)
{
Work[k]+=ALLOCATION[i][k];//将Work赋值为 第i个进程各个已分配资源数＋系统现有的对应资源数(因为当改进程全部资源数都满足时线程结束并将资源返还给系统)
}
p[l++]=i;//记录进程号
}
else//如果超过继续循环下一个进程
{
continue;
}
if(l==m)//当所有进程都能够被满足运行时
{
cout<<"系统是安全的"<<endl;
cout<<"安全序列:"<<endl;
for(i=0;i<l;i++)//改了146行的i值，显示资源分配给进程的顺序
{
cout<<p[i];
if(i!=l-1)
{
cout<<"-->";
}
}
cout<<""<<endl;
return true;
}
}//for循环
cout<<"系统是不安全的"<<endl;
return false;
}

void showdata(int n,int m)   //显示
{
int i,j;
cout<<endl;
cout<<"-------------------------------------------------------------"<<endl;
cout<<"系统可用的资源数为:    ";
for   (j=0;j<n;j++)
cout<<"    "<<AVAILABLE[j];
cout<<endl;
cout<<"各进程还需要的资源量:"<<endl;
for   (i=0;i<m;i++)
{
cout<<"    进程"<<i<<":";

for   (j=0;j<n;j++)
cout<<"     "<<NEED[i][j];
cout<<endl;
}

cout<<endl;
cout<<"各进程已经得到的资源量:    "<<endl<<endl;

for   (i=0;i<m;i++)
{
cout<<"    进程"<<i<<":";

for   (j=0;j<n;j++)
cout<<"     "<<ALLOCATION[i][j];
cout<<endl;
}
cout<<endl;
}

先初始化资源数组，分配数组，需求数组。然后就是安全算法验证。这个是判断进程所需的资源数是否在工作数组范围内，如果在则是安全的。如果全部是安全的，则可以进行分配资源。工作数组是首先初始化为可分配数组，如果当前线程安全，意味着在可分配数组范围之内，工作数组加上当前进程所占用的资源。（意味着已经为进程分配资源，可以释放供后续线程使用。）

这与操作系统为进程分配资源又是怎么联系到一块的呢？其实很简单。我们刚才说了只有所有线程所需求的资源都在工作数组的范围内，系统是安全的，才能进行分配。那么如果遇到不安全的状态怎么办？上述程序自然是不分配。简单讲说，你请求资源，我试分配，并验证安全。真安全我就分给你，不安全我就不分了。

那安全怎么验证，就是验证各个进程的安全呢？这就是刚才的工作数组。如果该进程的所有请求资源都在工作数组范围之内（工作数组初始化为可用数组），那么工作数组可以加上该进程的已分配资源，默认已经分配成功，并释放了故加上已分配，再验证下一个进程。

程序中在bank()函数前验证一次。在bank()函数中预分配之后，验证一次。我只能讲明白bank()函数中验证的作用。那就是我试着为一个进程分配，如果安全我就分。不安全我就不分。系统处于等待状态，总会有分了之后是安全的。（一般情况下）。实际中对应的情况应该是你要求分配的资源太多了，导致以后我没法分配了。我业务就运转不起了。我需要一个要求分配资源不那么多，可能分完也就释放了，这样我才能持续下去。