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银行家算法C++代码：如何实现安全的并发控制策略？

2023-06-30 12:11:48 深夜i -- --

银行家算法 C++代码安全并发控制策略

银行家算法是一种经典的并发控制策略，它可以有效地保障并行执行的进程或线程不会互相干扰，从而避免数据竞争、死锁和饥饿等问题。在使用银行家算法的过程中，我们需要根据进程或线程对于资源的请求和释放情况，计算出每个进程或线程所需要的最小资源量和已分配的资源量，然后判断系统是否可以安全地满足每个进程或线程的资源需求，从而控制资源的分配和释放。

下面是一个基于C++语言的银行家算法代码示例，它实现了对一组进程或线程的资源请求和释放的控制：


#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
const int N = 1000;
// 进程或线程的资源分配情况
int allocation[N][N];
// 进程或线程的最大资源需求量
int max_need[N][N];
// 系统当前已经分配的资源量
int current_availability[N];
// 剩余可用资源量
int remaining_availability[N];
// 保存当前可分配资源的进程或线程集合
vector<int> available_processes;
int n, m; // 进程或线程数和资源数
bool is_safe()
{
  bool finish[N] = {false}; // 记录每个进程或线程是否执行完成
  int work[N] = {0}; // 保存当前可用的资源量
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    for (int j = 0; j < m; j++) {
      remaining_availability[j] = current_availability[j] - allocation[i][j];
    }
  }
  // 初始化当前可用的资源量
  for (int i = 0; i < m; i++) {
    work[i] = remaining_availability[i];
  }
  // 查找所有可以执行的进程或线程
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    bool flag = true;
    for (int j = 0; j < m; j++) {
      if (max_need[i][j] > remaining_availability[j])
        flag = false;
        break;
      
    }
    if (flag && !finish[i]) {
      finish[i] = true;
      available_processes.push_back(i);
      for (int j = 0; j < m; j++) {
        work[j] += allocation[i][j];
      }
      i = -1; // 重新从头开始遍历
    }
  }
  // 判断是否所有进程或线程都能够执行完毕
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    if (!finish[i])
      return false;
    
  }
  return true;
}
int main()
{
  // 读入进程或线程数和资源数
  cin >> n >> m;
  // 读入各个进程或线程的当前资源分配情况
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    for (int j = 0; j < m; j++) {
      cin >> allocation[i][j];
    }
  }
  // 读入各个进程或线程的最大资源需求量
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    for (int j = 0; j < m; j++) {
      cin >> max_need[i][j];
    }
  }
  // 读入系统当前已经分配的资源量
  for (int i = 0; i < m; i++) {
    cin >> current_availability[i];
  }
  // 判断当前系统状态是否安全
  if (is_safe()) {
    cout << "System is in safe state. Safe sequence: ";
    for (auto p : available_processes)
      cout << p << ' ';
    
    cout << endl;
  } else
    cout << "System is in unsafe state." << endl;
  
  return 0;
}

在银行家算法的实现中，我们需要注意以下几个方面：

1. 安全性判断：通过遍历所有进程或线程，查找所有可以执行的进程或线程。如果所有进程或线程执行结束，则系统处于安全状态，否则系统处于不安全状态。

2. 系统资源情况：需要维护系统的所有资源的分配情况和当前的剩余资源量，用于计算每个进程或线程的最小资源需求量以及是否能够满足其资源需求。

3. 资源请求和释放：系统需要实现对进程或线程的资源请求和释放的控制，以保证资源的分配和释放是合法的。

4. 数据存储结构：可以使用二维数组或STL库中的vector等数据结构来保存进程或线程的资源分配情况和最大资源需求量等数据。

总之，银行家算法是一种非常重要的并发控制策略，它可以保障系统资源的有效利用和进程或线程的正常执行。对于学习并发编程和操作系统的同学来说，掌握银行家算法的实现方法是必不可少的。

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