C语言实现 操作系统 银行家算法

/****************************************************
银行家算法
算法思想：
1. 在多个进程中，挑选资源需求最小的进程Pmin。
可能存在多类资源，这时暂取第一类资源作为基准

2. 验证剩余的资源是否能满足进程Pmin各类资源的最大资源需求，
若满足。意味着进程可以执行完毕。最后释放占有着的资源。此时回收Pmin占有的资源，
将此进程标志为FINISH,并唤醒那些等待的进程（实际就是改变等待进程的状态标志）
若不满足，表明资源不够，将此进程标志为WAIT

3. 循环整个过程，当检測到进程所有为FINISH时，表明是安全状态
检測到所有的进程为WAIT时。表明可能死锁了，是一个非安全状态

林育彬		2014/10/17
*****************************************************/

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <string.h>

// 安全状态标志
#define TRUE	0
#define FALSE	-1

// 进程状态标志
#define FINISH	1
#define READY	0
#define WAIT	-1

// 为了在函数调用的时候，降低參数的个数，这里将声明一些变量为全局变量
int *Available = NULL;		// 剩余资源可用数量
int *Max = NULL;			// 每一个进程最大的需求量
int *Allocation = NULL;		// 每一个进程已经分配的资源数
int *Need = NULL;			// 每一个进程还须要的资源数
int *SafeList = NULL;		// 存储一个安全序列

int initData(const int pCount, const int rCount)
{
	int i = 0;

	Available =		(int*)malloc(rCount * sizeof(int));
	Max =			(int*)malloc(rCount*pCount * sizeof(int));
	Allocation =	(int*)malloc(rCount*pCount * sizeof(int));
	Need =			(int*)malloc(rCount*pCount * sizeof(int));
	SafeList =		(int*)malloc((pCount+1) * sizeof(int));		// SafeList[0] 作为一个安全标志位

	if (Available == NULL || Max == NULL || Allocation == NULL
		|| Need == NULL || SafeList == NULL)
	{
		printf("out of space\n");
		return FALSE;
	}

	SafeList[0] = 0;			// 初始化，表明不存在安全序列

	// 最大需求量
	for(i=0; i<rCount*pCount; ++i)
	{
		scanf("%d", &Max[i]);
	}

	// 已分配资源数量
	for(i=0; i<rCount*pCount; ++i)
	{
		scanf("%d", &Allocation[i]);
	}

	// 剩余资源量
	for(i=0; i<rCount; ++i)
	{
		scanf("%d", &Available[i]);
	}

	// 计算需求数
	for(i=0; i<rCount*pCount; ++i)
	{
		Need[i] = Max[i] - Allocation[i];
	}

	return TRUE;
}

// 測试此时的进程状态
int testStatus(const int pCount, const int rCount)
{
	int pMin = 0;		// 最小需求进程ID
	int pWait = 0;		// 等待进程数
	int pFinish = 0;	// 完毕进程数
	int p = 0;
	int r = 0;
	int posList = 1;	// 安全序列下标

	int *pStatus   = (int*)malloc(pCount * sizeof(int));		// 进程的标志状态
	int *pAvai_cpy = (int*)malloc(rCount * sizeof(int));		// Available 的一份拷贝。避免破坏数据
	int *safeList_tmp = (int*)malloc((pCount+1) * sizeof(int));	

	if (pStatus == NULL || pAvai_cpy == NULL || safeList_tmp == NULL)
	{
		printf("out of space\n");
		return FALSE;
	}

	// 初始化所有的进程为就绪状态
	memset(pStatus, READY, pCount * sizeof(int));
	// 拷贝 Available
	memcpy(pAvai_cpy, Available, rCount * sizeof(int));

	while(pFinish != pCount && pWait != pCount)
	{

		// 以第一类资源为基准，挑选资源需求最小的进程
		int needMin = -1;
		pMin = 0;
		for (p=0; p<pCount; ++p)
		{
			if (pStatus[p] != READY)
				continue;

			if (needMin == -1 || Need[p*rCount + 0] < needMin)	  // 第一类需求资源, needMin == -1 初次取值
			{
				needMin = Need[p*rCount + 0];
				pMin = p;

			}
		}

		// 验证剩余资源是否能满足最小资源进程的需求
		for (r=0; r<rCount; ++r)
		{
			if (Need[pMin*rCount + r]> pAvai_cpy[r])
			{
				// 满足不了
				break;
			}
		}

		if (r == rCount)
		{
			// 添加到安全序列中
			safeList_tmp[posList++] = pMin+1;

			// 满足各类资源需求
			pStatus[pMin] = FINISH;
			pFinish++;

			// 回收资源
			for (r=0; r<rCount; ++r)
			{
				pAvai_cpy[r] += Allocation[pMin*rCount + r];
			}

			// 唤醒等待的进程
			for (p=0; p<pCount; ++p)
			{
				if (pStatus[p] == WAIT)
				{
					pStatus[p] = READY;
					pWait--;
				}
			}
		}
		else
		{
			// 表明无法满足，进程等待
			pStatus[pMin] = WAIT;
			pWait++;
		}
	}

	free(pStatus);
	free(pAvai_cpy);

	// 验证状态
	if (pFinish == pCount)
	{
		// 更新安全序列
		safeList_tmp[0] = 1;		// 安全标志位置1。表明存在安全序列
		memcpy(SafeList, safeList_tmp, (pCount+1) * sizeof(int) );
		free(safeList_tmp);

		return TRUE;
	}
	else
	{
		free(safeList_tmp);
		return FALSE;
	}
}

void showSafeList(const int pCount)
{
	if (SafeList != NULL)
	{
		int i = 0;
		if (SafeList[i] != 1)
		{
			printf("不存在安全序列\n");
		}
		else
		{
			++i;
			printf("安全序列：");
			while(i <= pCount)
			{
				printf("p%d  ", SafeList[i++]);
			}
			printf("\n");
		}
	}
	else
	{
		printf("不存在安全序列\n");
	}

}

// 測试资源请求，假设满足，则分配，不满足，则不分配资源   modify 2014/11/2
int request(const int pId, const int pCount, const int rCount, const int *reqList)
{
	int *Avai_cpy = (int*)malloc(rCount * sizeof(int));
	int *pId_Allo = (int*)malloc(rCount * sizeof(int));		// 保存当前进程的一条分配情况,
	int *pId_Need = (int*)malloc(rCount * sizeof(int));		// 保存当前进程的一条需求情况

	int r = 0;
	const int locate = pId*rCount;		// 定位到进程的位置

	if (Avai_cpy == NULL || pId_Allo == NULL || pId_Need == NULL)
	{
		printf("out of space\n");
		return FALSE;
	}

	// 做数据备份
	for(r=0; r<rCount; ++r)
	{
		pId_Allo[r] = Allocation[locate + r];
		pId_Need[r] = Need[locate + r];
		Avai_cpy[r] = Available[r];
	}

	// 资源分配
	for (r=0; r<rCount; ++r)
	{
		if (reqList[r] > Available[r])
		{
			return FALSE;
		}

		Allocation[locate + r] += reqList[r];
		Available[r] -= reqList[r];
		Need[locate + r] -= reqList[r];
	}

	// test
	if (testStatus(pCount, rCount) != TRUE)
	{
		// 分配之后处于非安全状态，数据还原
		for(r=0; r<rCount; ++r)
		{
			Allocation[locate + r] = pId_Allo[r];
			Need[locate + r]       = pId_Need[r];
			Available[r]           = Avai_cpy[r];
		}

		free(Avai_cpy);
		free(pId_Allo);
		free(pId_Need);
		Avai_cpy = pId_Allo = pId_Need = NULL;

		return FALSE;
	}
	else
	{
		// 成功分配

		free(Avai_cpy);
		free(pId_Allo);
		free(pId_Need);
		Avai_cpy = pId_Allo = pId_Need = NULL;

		return TRUE;
	}

	return TRUE;
}

// 清理空间
void destory()
{
	if (Available != NULL)
	{
		free(Available);
	}

	if (Max != NULL)
	{
		free(Max);
	}

	if (Allocation != NULL)
	{
		free(Allocation);
	}

	if (Need != NULL)
	{
		free(Need);
	}

	if (SafeList != NULL)
	{
		free(SafeList);
	}

	Available = NULL;
	Max = NULL;
	Allocation = NULL;
	Need = NULL;
	SafeList = NULL;

	//printf("destory\n");

}

int main()
{
	int rCount = 0;
	int pCount = 0;

	// request
	int pId = 2;
	int reqList[] = {0, 3, 4};

	freopen("data.txt", "r", stdin);		// 为了測试的方便。这里使用重定位

	// read data
	scanf("%d %d", &pCount, &rCount);
	initData(pCount, rCount);

	// test status
	if (testStatus(pCount, rCount) == TRUE)
	{
		printf("是安全状态\n");
	}
	else
	{
		printf("非安全状态\n");
	}

	showSafeList(pCount);

	//请求资源    p2 请求资源 0 3 4
	if (request(pId, pCount, rCount, reqList) == TRUE)
	{
		printf("资源成功分配\n");
	}
	else
	{
		printf("该请求无法满足安全状态\n");
	}

	destory();

	return 0;
}

/********************************************
data.txt
5 3

5 5 9
5 3 6
4 0 11
4 2 5
4 2 4 

2 1 2
4 0 2
4 0 5
2 0 4
3 1 4

2 3 3
********************************************/