c/c++多线程模拟系统资源分配(并通过银行家算法避免死锁产生)
银行家算法数据结构
（1）可利用资源向量Available
是个含有m个元素的数组，其中的每一个元素代表一类可利用的资源数目。如果Available[j]=K，则表示系统中现有Rj类资源K个。
（2）最大需求矩阵Max
这是一个n×m的矩阵，它定义了系统中n个进程中的每一个进程对m类资源的最大需求。如果Max[i,j]=K，则表示进程i需要Rj类资源的最大数目为K。
（3）分配矩阵Allocation
这也是一个n×m的矩阵，它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一进程的资源数。如果Allocation[i,j]=K，则表示进程i当前已分得Rj类资源的 数目为K。
（4）需求矩阵Need。
这也是一个n×m的矩阵，用以表示每一个进程尚需的各类资源数。如果Need[i,j]=K，则表示进程i还需要Rj类资源K个，方能完成其任务。
Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]
银行家算法
在避免死锁的方法中，所施加的限制条件较弱，有可能获得令人满意的系统性能。在该方法中把系统的状态分为安全状态和不安全状态，只要能使系统始终都处于安全状态，便可以避免发生死锁。
银行家算法的基本思想是分配资源之前，判断系统是否是安全的；若是，才分配。它是最具有代表性的避免死锁的算法。
设进程cusneed提出请求REQUEST [i]，则银行家算法按如下规则进行判断。
(1)如果REQUEST [cusneed] [i]<= NEED[cusneed][i]，则转（2)；否则，出错。
(2)如果REQUEST [cusneed] [i]<= AVAILABLE[i]，则转（3)；否则，等待。
(3)系统试探分配资源，修改相关数据：
AVAILABLE[i]-=REQUEST[cusneed][i];
ALLOCATION[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];
NEED[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];
(4)系统执行安全性检查，如安全，则分配成立；否则试探险性分配作废，系统恢复原状，进程等待。 安全性检查算法
1)设置两个工作向量Work=AVAILABLE;FINISH
2)从进程集合中找到一个满足下述条件的进程， FINISH==false; NEED<=Work;
如找到，执行（3)；否则，执行（4)
3)设进程获得资源，可顺利执行，直至完成，从而释放资源。 Work=Work+ALLOCATION; Finish=true; GOTO 2)
4)如所有的进程Finish= true，则表示安全；否则系统不安全。
#include<iostream> #include<cstdio> #include<vector> #include<ctime> #include<cstring> #include<unistd.h> #include<cstdlib> #define RESTYPE 100 //资源的种类数 #define NTHREAD 50 //线程的数目 using namespace std; pthread_mutex_t mutex;//互斥信号量 pthread_cond_t cond;//条件变量 class BankerAlgorithm {//银行家算法 public: int nthread;//线程数 int restThread;//剩余正在执行的线程数目 int nres;//资源数 int vis[NTHREAD];//标示这个进程有没有访问过 int threadFinished[NTHREAD];//标示这个线程是否已经结束 vector<int> resMax[NTHREAD];//每个线程对各类资源的最大的需求量 vector<int> resAllocation[NTHREAD];//每个线程当前应经分配到各类资源的情况 vector<int> resNeed[NTHREAD];//每个线程还需要每类资源的情况 vector<int> resAvailable;//各类资源的剩余可以利用的 private: void toNeed(){ for(int i=0; i<nthread; ++i) for(int j=0; j<nres; ++j) resNeed[i].push_back(resMax[i][j]), resAllocation[i].push_back(0); } bool threadAafetyDetection(int idThread){//线程安全检测 vector<int> tmpResAvailable(resAvailable); vector<int> threadSafeSequence;//线程安全序列 int cntThread = 0; memset(vis, 0, sizeof(vis)); while(threadSafeSequence.size() < restThread){ bool findRunThread = false; for(int i=0; i<nthread; ++i) if(!vis[i] && !threadFinished[i]){ int j; for(j=0; j<nres; ++j) if(resNeed[i][j] > tmpResAvailable[j]) break; if(j >= nres){//各类所需要的资源的数目 小于或等于各类剩余资源的数目 //该进程可以成功的运行完毕 findRunThread = true; vis[i] = 1; threadSafeSequence.push_back(i); for(j=0; j<nres; ++j) tmpResAvailable[j] += resAllocation[i][j]; } } if(!findRunThread) break;//找不到下一个可以运行的线程，则退出 } if(threadSafeSequence.size() == restThread){ cout<<"此时系统处于安全状态，存在线程安全序列如下:"<<endl; for(int i=0; i<threadSafeSequence.size(); ++i) cout<<threadSafeSequence[i]<<" "; cout<<endl; return true; } else { cout<<"此时系统处于不安全状态!!!资源无法分配!!!进程"<<idThread<<"将被阻塞!!!"<<endl;//等到下一次resAvailable更新的时候再将该进程唤醒 return false; } } public: BankerAlgorithm(){ } void init(){ memset(threadFinished, 0, sizeof(threadFinished)); //初始化线程的数目， 资源种类的数目以及每种资源的数目 cout<<"请输入线程的数目和资源的种类数目:"<<endl; cin>>nthread>>nres; restThread = nthread; cout<<"请输入每种资源的数目:" <<endl; for(int i=0; i<nres; ++i){ int k; cin>>k; resAvailable.push_back(k); } cout<<"请输入每个线程对某类资源最大的需求:"<<endl; for(int i=0; i<nthread; ++i){ cout<<"线程"<<i<<"需要的资源:"<<endl; for(int j=0; j<nres; ++j){ int k; cin>>k; resMax[i].push_back(k); } } toNeed(); } void returnRes(int idThread){ for(int i=0; i<nres; ++i) resAvailable[i] += resAllocation[idThread][i], resAllocation[idThread][i]=0; } int bankerAlgorithm(int idThread, vector<int>res){//进程idThread对资源idRes的请求数量为k for(int i=0; i<res.size(); ++i){ int idRes=i, k = res[i]; if(k <= resNeed[idThread][idRes]){ if(k > resAvailable[idRes]){ //让进程阻塞 cout<<"ERROR!!!线程"<<idThread<<"请求"<<idRes<<"类资源数目大于该类剩余资源的数目!"<<endl<<endl; return 1; } } else {//让进程重新请求资源 cout<<"ERROR!!!线程"<<idThread<<"请求"<<idRes<<"类资源数目大于所需要的该类资源的数目!"<<endl<<endl; return 2; } } for(int i=0; i<res.size(); ++i){ int idRes=i, k = res[i]; resAvailable[idRes] -= k; resAllocation[idThread][idRes] += k; resNeed[idThread][idRes] -= k; } //安全性算法的检测 if(!threadAafetyDetection(idThread)){//不能分配资源， 要将idThread这个线程阻塞 for(int i=0; i<res.size(); ++i){ int idRes=i, k = res[i]; resAvailable[idRes] += k; resAllocation[idThread][idRes] -= k; resNeed[idThread][idRes] += k; } return 3; } cout<<"线程"<<idThread<<"获得资源:"; for(int i=0; i<res.size(); ++i) cout<<" "<<i<<"类:"<<res[i]; cout<<endl<<endl; return 0; } }; BankerAlgorithm ba; void *thread_hjzgg(void *arg){ long long idThread = (long long)arg;//得到线程的标号 srand((int)time(0)); //开始进行线程资源的请求 vector<int> res; for(int i=0; i<ba.nres; ++i){ int k = ba.resNeed[idThread][i] == 0 ? 0 : rand() % ba.resNeed[idThread][i]+1;//线程对资源i申请的数目 res.push_back(k); } while(1){ if(pthread_mutex_lock(&mutex)!=0){ cout<<"线程"<<idThread<<"加锁失败!!!"<<endl; pthread_exit(NULL); } bool isAllocationFinished = true;//该线程是否已经将资源请求完毕 for(int i=0; i<ba.nres; ++i) if(ba.resNeed[idThread][i] != 0){ isAllocationFinished = false; break; } if(isAllocationFinished){ cout<<"线程"<<idThread<<"资源分配完毕!!!进程得到想要的全部资源后开始继续执行!"<<endl; cout<<"................"<<endl; sleep(1); cout<<"线程"<<idThread<<"执行完毕!!!"<<endl<<endl; --ba.restThread; ba.threadFinished[idThread] = 1;//线程结束 ba.returnRes(idThread); pthread_cond_broadcast(&cond); pthread_mutex_unlock(&mutex); pthread_exit(NULL); } switch(ba.bankerAlgorithm(idThread, res)){ case 3://系统会进入不安全状态，不能进行资源的分配，先进行阻塞 case 1://进程阻塞 pthread_cond_wait(&cond, &mutex); break; case 2://重新分配资源 case 0://资源分配成功, 接着在申请新的资源 res.clear(); for(int i=0; i<ba.nres; ++i){ int k = ba.resNeed[idThread][i] == 0 ? 0 : rand() % ba.resNeed[idThread][i]+1;//线程对资源i申请的数目 res.push_back(k); } break; default: break; } sleep(1); pthread_mutex_unlock(&mutex); } } int main(){ pthread_t tid[NTHREAD]; pthread_mutex_init(&mutex, NULL); pthread_cond_init(&cond, NULL); ba.init(); for(int i=0; i<ba.nthread; ++i) pthread_create(&tid[i], NULL, thread_hjzgg, (void*)i); for(int i=0; i<ba.nthread; ++i) pthread_join(tid[i], NULL); return 0; } /* 5 3 10 8 6 2 1 3 6 1 1 3 2 2 6 2 1 2 1 1 此时系统处于安全状态，存在线程安全序列如下: 0 1 2 3 4 线程0获得资源: 0类:2 1类:1 2类:3 此时系统处于安全状态，存在线程安全序列如下: 0 1 2 3 4 线程1获得资源: 0类:6 1类:1 2类:1 ERROR!!!线程2请求0类资源数目大于该类剩余资源的数目! 此时系统处于安全状态，存在线程安全序列如下: 0 1 2 3 4 线程4获得资源: 0类:2 1类:1 2类:1 ERROR!!!线程3请求0类资源数目大于该类剩余资源的数目! 线程0资源分配完毕!!!进程得到想要的全部资源后开始继续执行! ................ 线程0执行完毕!!! 线程1资源分配完毕!!!进程得到想要的全部资源后开始继续执行! ................ 线程1执行完毕!!! 线程4资源分配完毕!!!进程得到想要的全部资源后开始继续执行! ................ 线程4执行完毕!!! 此时系统处于安全状态，存在线程安全序列如下: 2 3 线程3获得资源: 0类:6 1类:2 2类:1 此时系统处于安全状态，存在线程安全序列如下: 2 3 线程2获得资源: 0类:3 1类:2 2类:2 线程3资源分配完毕!!!进程得到想要的全部资源后开始继续执行! ................ 线程3执行完毕!!! 线程2资源分配完毕!!!进程得到想要的全部资源后开始继续执行! ................ 线程2执行完毕!!! */
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