在windows下用C++实现银行家算法
银行家算法的实现
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实验目的
通过实验，加深对多实例资源分配系统中死锁避免方法——银行家算法的理解，掌握Windows环境下银行家算法的实现方法，同时巩固利用Windows API进行共享数据互斥访问和多线程编程的方法。
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实验内容
1. 在Windows操作系统上，利用Win32 API编写多线程应用程序实现银行家算法。
2. 创建n个线程来申请或释放资源，只有保证系统安全，才会批准资源申请。
3. 通过Win32 API提供的信号量机制，实现共享数据的并发访问。
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实验思路
我们要理解银行家算法的整体思路，银行家算法是死锁避免的一种方法，在整个程序中，我们可以提供两种功能，首先我们可以判断当前系统是否处于安全状态，如果处于，则给出一条安全路径，否则提示用户。另外，我们提供进程的资源请求功能，当一个进程发出请求后，如果请求小于可用资源数量，那么请求通过，并进行安全算法的检验。
4.实验数据结构及说明
a为了表示程序的初始状态，我在这里用一组实例作为检测，在程序的开始，我们需要定义两个二维数组
Alloc表示五个进程已分配的资源，max表示最大的需求数量，max-alloc就是进程需要的资源数量
同时我们设一个系统可用资源数量的数组available
,表示三种资源可用的数量b.main函数
Main函数中我们主要进行数据的显示及与用户的交互操作 ，当用户输入对应的进程号及相应的资源请求后，我们通过swich语句启动相应的进程函数，同时在函数中判断请求的资源是否小于可用的资源数，如果小于则判断是否存在安全路径，否则则输出请求资源大于可用资源。
C.5个线程函数
他们分别表示系统的5个进程，对资源进行请求，同时进行判断操作
D.ifsafe()函数是本实验的关键，用于判断系统是否处于安全状态，如果安全，则给出一条安全路径，否则输出不存在安全算法
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程序运行时的初值及运行结果
a.判断当前系统是否安全
当输入5后，判断当前系统是否处于安全状态
可以看出，系统当前是安全的，且安全路径为P1-P3-P0-P2-P4
b.P1请求资源555的情况
可以看出，会输出请求资源大于可用资源
c.P0请求020的资源
可以看出此时也符合系统安全的要求
d.P4请求330的资源
也符合我们预期的结果
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实验体会
开始碰到这个实验的时候，以为这个实验很简单，但在做的过程中，感觉这个实验还是挺复杂的，特别是判断系统是否安全的算法，如果系统安全，则输出一条安全路径，这个算法我整整想了一个下午加晚上，而且刚写完后，错误百出，自己又不得不一步一步进行程序的调试，直到最后成功输出了程序的正确结果，不知不觉就写了三百行的代码，心里还是很有成就感的，同时通过这个实验，也进一步加深了我对C++的一些基本算法的理解。
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源程序加注释
#include
#include
#include
using namespace std;
//定义5个线程函数，分别表示5个进程对系统资源的请求
DWORD WINAPI pro0(PVOID pvPram);
DWORD WINAPI pro1(PVOID pvPram);
DWORD WINAPI pro2(PVOID pvPram);
DWORD WINAPI pro3(PVOID pvPram);
DWORD WINAPI pro4(PVOID pvPram);
//申明安全函数
void ifsafe();
int available[3] = { 3,3,2 }; //系统当前可用的资源数
//5个进程已分配的资源数
int alloc[5][3] = { {0,1,0},
{2,0,0},
{3,0,2},
{2,1,1},
{0,0,2}
};
//5个进程的最大资源数
int max[5][3] = { {7,5,3},
{3,2,2},
{9,0,2},
{2,2,2},
{4,3,3}
};
int a, b, c, d; //用于用户的输入b,c,d表示进程的请求资源数
int main()
{
//以一定的格式输出当前的资源分配情况
cout<< "******************银行家算法**********************" << endl;
cout<< " All Max Nee" << endl;
cout<< "P0 " << alloc[0][0]<< alloc[0][1]<< alloc[0][2]<< " " << max[0][0]<< max[0][1]<< max[0][2]<< " " << max[0][0] - alloc[0][0] << max[0][1] - alloc[0][1] << max[0][2] - alloc[0][2] << endl;
cout<< "P1 " << alloc[1][0]<< alloc[1][1]<< alloc[1][2]<< " " << max[1][0]<< max[1][1]<< max[1][2]<< " " << max[1][0] - alloc[1][0] << max[1][1] - alloc[1][1] << max[1][2] - alloc[1][2] << endl;
cout<< "P2 " << alloc[2][0]<< alloc[2][1]<< alloc[2][2]<< " " << max[2][0]<< max[2][1]<< max[2][2]<< " " << max[2][0] - alloc[2][0] << max[2][1] - alloc[2][1] << max[2][2] - alloc[2][2] << endl;
cout<< "P3 " << alloc[3][0]<< alloc[3][1]<< alloc[3][2]<< " " << max[3][0]<< max[3][1]<< max[3][2]<< " " << max[3][0] - alloc[3][0] << max[3][1] - alloc[3][1] << max[3][2] - alloc[3][2] << endl;
cout<< "P4 " << alloc[4][0]<< alloc[4][1]<< alloc[4][2]<< " " << max[4][0]<< max[4][1]<< max[4][2]<< " " << max[4][0] - alloc[4][0] << max[4][1] - alloc[4][1] << max[4][2] - alloc[4][2] << endl;
cout<< "avilable :" << available[0]<< " " << available[1]<< " " << available[2]<< endl;
cout<< "输入进程号及对应的请求(输入5进行安全性的判断)";
cin>> a;
cout<< endl;
if (a == 5)
{
ifsafe();
}
else
{
cout<< "输入请求";
cin>> b>> c>> d;
//根据进程号来启用相应得进程
switch (a)
{
case 0:
{
HANDLE pr0 = CreateThread(NULL, 0, pro0, NULL, 0, NULL);
CloseHandle(pr0);
break;
}
case 1:
{
HANDLE pr1 = CreateThread(NULL, 0, pro1, NULL, 0, NULL);
CloseHandle(pr1);
break;
}
case 2:
{
HANDLE pr2 = CreateThread(NULL, 0, pro2, NULL, 0, NULL);
CloseHandle(pr2);
break;
}
case 3:
{
HANDLE pr3 = CreateThread(NULL, 0, pro3, NULL, 0, NULL);
CloseHandle(pr3);
break;
}
case 4:
{
HANDLE pr4 = CreateThread(NULL, 0, pro4, NULL, 0, NULL);
CloseHandle(pr4);
break;
}
}
}
system("pause");
return 0;
}
DWORD WINAPI pro0(PVOID pvPram)
{
//已分配的资源加上请求的资源数
alloc[0][0] += b;
alloc[0][1] += c;
alloc[0][2] += d;
//系统可用的资源数减去请求的资源数
available[0] -= b;
available[1] -= c;
available[2] -= d;
int x = 0;
for (int i = 0;i < 3;i++)
{
if (available[i] < 0) //判断请求资源数是否大于系统可用的资源数
{
cout<< "请求资源大于可用资源" << endl;
}
else
{
x++;
}
}
if(x==3) //如果三种类型的请求资源数都小于系统可用的资源数，则进行安全算法的判断
ifsafe();
return 0;
}
DWORD WINAPI pro1(PVOID pvPram)
{
alloc[1][0] += b;
alloc[1][1] += c;
alloc[1][2] += d;
available[0] -= b;
available[1] -= c;
available[2] -= d;
int x = 0;
for (int i = 0;i < 3;i++)
{
if (available[i] < 0)
{
cout<< "请求资源大于可用资源" << endl;
}
else
{
x++;
}
}
if (x == 3)
ifsafe();
return 0;
}
DWORD WINAPI pro2(PVOID pvPram)
{
alloc[2][0] += b;
alloc[2][1] += c;
alloc[2][2] += d;
available[0] -= b;
available[1] -= c;
available[2] -= d;
int x = 0;
for (int i = 0;i < 3;i++)
{
if (available[i] < 0)
{
cout<< "请求资源大于可用资源" << endl;
}
else
{
x++;
}
}
if (x == 3)
ifsafe();
return 0;
}
DWORD WINAPI pro3(PVOID pvPram)
{
alloc[3][0] += b;
alloc[3][1] += c;
alloc[3][2] += d;
available[0] -= b;
available[1] -= c;
available[2] -= d;
int x = 0;
for (int i = 0;i < 3;i++)
{
if (available[i] < 0)
{
cout<< "请求资源大于可用资源" << endl;
}
else
{
x++;
}
}
if (x == 3)
ifsafe();
return 0;
}
DWORD WINAPI pro4(PVOID pvPram)
{
alloc[4][0] += b;
alloc[4][1] += c;
alloc[4][2] += d;
available[0] -= b;
available[1] -= c;
available[2] -= d;
int x = 0;
for (int i = 0;i < 3;i++)
{
if (available[i] < 0)
{
cout<< "请求资源大于可用资源" << endl;
}
else
{
x++;
}
}
if (x == 3)
ifsafe();
return 0;
}
void ifsafe()
{
bool finish[5] = { false }; //每个进程当前的状态设为false 表示该进程没有释放资源
int n[5] = {0}; //记录数组，如果该进程need数小于available，则将该进程号储存在数组中，最后用于输出
int j = 0; //进行进程的遍历，初值为0
int q = 0; //计数器用于计数进程状态为true的个数
int nn = 0; //
for (;j < 5;j++)
{
int m = 0; //计数器，用于下面计数三种资源有几个满足要求
if (finish[j] == true)
{
continue; //每次循环前要判断该进程是否已经完成了资源的释放，如果已经释放，则跳过
}
else
{
for (int i = 0;i < 3;i++)
{
if ((max[j][i] - alloc[j][i]) <= available[i]) //需求的资源小于系统可用的资源数
{
m++;
}
}
if (m == 3) //当m=3说明系统可以满足该进程的需求
{
n[nn] = j; //记录进程号
finish[j] = true; //释放该进程
for (int k = 0;k < 3;k++)
{
available[k] += alloc[j][k]; //系统可用资源的回收
}
j = -1; //将j=-1是为了下一次进行进程的遍历时，要从头开始，防止前面的一些进程当时不满足要求但现在可以了
nn++; //记录数组下一次记录要从下一个位子开始
}
}
}
for (int i = 0;i < 5;i++)
{
if (finish[i] == false)
{
cout<< "不存在安全算法" << endl; //只要5个进程有一个没有通过而释放资源，说明当前系统不安全
}
else
{
q++;
}
}
if (q == 5) //如果q=5说明系统所以进程都释放了资源，系统安全
{
cout<< "安全的路径为";
for (int i = 0;i < 5;i++)
{
cout<< "P" << n[i]<< " "; //一个一个释放记录数组中记录的进程号
}
cout<< endl;
}
}