C++11 操作系统实验—

对，我又没事干，拿C++11写了个银行家算法的模拟程序。

使用了：OpenCV4.1 库来做显示（MFC太旧了，QT环境给我搞炸了。。。懒得弄了，选择OpenCV，虽然这个库是用来做机器视觉的。。。莫怪）

首先我们定义一个模拟系统类

创建m个资源，n个线程（Thread级），假装下是进程级的（要上底层实现进程调度）。

检测可行解的算法，我使用了DFS，时间复杂度是。。。O(m^2+n^2)....剪了两次枝，感觉要是m，n太大的话还是会很慢。有时间可以试试看，用启发式优化下，然后将可达性转换一下试试看。

下面附代码：

【banker.h】

/*一个银行家算法类使用了C++11标准，OpenCV4.1库作者：吕翔宇E-mail:630056108@qq.com2019年5月27日版权所有！ALL RIGHTS RESERVED!
*/
#pragma once#pragma warning(disable:4996)#define DEBUG#include<ctime>
#include<cstring>#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<queue>#include<opencv2/opencv.hpp>#include<mutex>
#include<thread>
#include<condition_variable>class banker{
public:banker();~banker();private:int resourceNum;                      // 资源种类数量int *resourceAvailable;                    // 各种资源的最大量int **resourceNeed;                      // 需求矩阵int **resourceHave;                      // 现在占有的资源int *request;                         // 资源请求向量int threadNum;                         // 线程数量std::vector<std::thread> threads;      // 线程列表std::vector<cv::Scalar> threadColor;   // 线程所代表的颜色int *status;                         // 进程状态,1-就绪态，2-运行态，3-阻塞态 -1终止状态public:void drawResource();                   // 绘制需求列表启动函数void drawThread();                     // 绘制线程列表启动函数private:std::vector<cv::Scalar> resourceColor;   // 资源所代表的颜色void _drawResource();                    // 绘制需求列表void _drawThread();                        // 绘制线程列表启动函数bool allocate(int, int, int);          // 资源随机分配语句bool check();                            // 银行家检测算法std::mutex cpuLock;private:cv::Mat theadWindow;private:void threadFunction(int );             // 进程函数void printNeed();                        // 打印需求表private:bool dfs(int, std::vector<int> &);        // 深搜寻找可行解};

【banker.cpp】

/*一个银行家算法类使用了C++11标准，OpenCV4.1库作者：吕翔宇E-mail:630056108@qq.com2019年5月27日版权所有！ALL RIGHTS RESERVED!
*/
#include "banker.h"banker::banker(){theadWindow = cv::Mat::zeros(cv::Size(450, 800), CV_8SC3);srand(time(NULL));resourceNum = rand()%10+4; //生产随机资源数resourceAvailable = new int[resourceNum];std::cout << "资源数:" << resourceNum << std::endl;//为每个资源分配一个颜色，并随机分配资源数for (int i = 0; i < resourceNum; i++) {resourceColor.push_back(cv::Scalar(rand()%255, rand() % 255, rand() % 255));resourceAvailable[i] = rand() % 10 + 1;}//drawResource();// 为每一个进程随机分配一个合理的需求资源threadNum = rand() % 10 + 4;    //生产线程数resourceNeed = new int*[threadNum];resourceHave = new int*[threadNum];status = new int[threadNum];for (int i = 0; i < threadNum; i++) {status[i] = 1;}for (int i = 0; i < threadNum; i++) {resourceNeed[i] = new int[resourceNum];resourceHave[i] = new int[resourceNum];threadColor.push_back(cv::Scalar(rand() % 255, rand() % 255, rand() % 255));for (int j = 0; j < resourceNum; j++) {resourceNeed[i][j] = rand() % (resourceAvailable[j]+1);    // 需求不能大于总量resourceHave[i][j] = 0;}}for (int i = 0; i < threadNum; i++) {threads.push_back(std::thread(&banker::threadFunction, this, i));}_sleep(400); // 没有使用mutex将控制台读写做成互斥的，这里sleep下// 初始化画threadcv::putText(theadWindow, "lable", cv::Point(10, 10), cv::FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.5, cv::Scalar(255, 255, 255));cv::putText(theadWindow, "status", cv::Point(200, 10), cv::FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.5, cv::Scalar(255, 255, 255));cv::putText(theadWindow, "color", cv::Point(400, 10), cv::FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.5, cv::Scalar(255, 255, 255));int step = 800.0 / threadNum;int loc = 50;   // 行像素for (int i = 0; i < threadNum; i++, loc += step) {cv::putText(theadWindow, std::to_string(i), cv::Point(10, loc), cv::FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.5, cv::Scalar(255, 255, 255));//cv::putText(window, std::to_string(resourceAvailable[i]), cv::Point(200, loc), cv::FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.5, cv::Scalar(255, 255, 255));cv::Point pts[1][5];pts[0][0] = cv::Point(400, loc);pts[0][1] = cv::Point(400, loc + 20);pts[0][2] = cv::Point(420, loc + 20);pts[0][3] = cv::Point(420, loc);pts[0][4] = cv::Point(400, loc);const cv::Point * ppts[] = { pts[0] };int npt[] = { 5 };cv::fillPoly(theadWindow, ppts, npt, 1, threadColor[i], 8);}printNeed();drawThread();
}
banker::~banker()
{for (int i = 0; i < threadNum; i++)threads[i].detach();delete resourceAvailable;
}
void banker::drawResource() {new std::thread(&banker::_drawResource,this);
}
void banker::_drawResource() {//std::cout << "开始绘制资源列表：" << std::endl;//cv::destroyWindow("资源表");cv::namedWindow("资源表");cv::Mat window = cv::Mat::zeros(cv::Size(450,820),CV_8SC3);cv::putText(window, "lable",cv::Point(10,10), cv::FONT_HERSHEY_COMPLEX,0.5,cv::Scalar(255,255,255));cv::putText(window, "avaliable", cv::Point(200, 10), cv::FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.5, cv::Scalar(255, 255, 255));cv::putText(window, "color", cv::Point(400, 10), cv::FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.5, cv::Scalar(255, 255, 255));int step = 800.0 / resourceNum;int loc = 50; // 行像素for (int i = 0; i < resourceNum; i++,loc+=step) {cv::putText(window, std::to_string(i), cv::Point(10, loc), cv::FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.5, cv::Scalar(255, 255, 255));cv::putText(window, std::to_string(resourceAvailable[i]     ), cv::Point(200, loc), cv::FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.5, cv::Scalar(255, 255, 255));cv::Point pts[1][5];pts[0][0] = cv::Point(400, loc);pts[0][1] = cv::Point(400, loc + 20);pts[0][2] = cv::Point(420, loc + 20);pts[0][3] = cv::Point(420, loc);pts[0][4] = cv::Point(400, loc);const cv::Point * ppts[] = { pts[0] };int npt[] = { 5 };cv::fillPoly(window, ppts, npt, 1, resourceColor[i], 8);}cv::imshow("资源表", window);cv::waitKey(0);
}void banker::printNeed() {std::cout << "---------------------需求表-----------------------\n";std::cout << "编号\t";for (int i = 0; i < resourceNum; i++) {std::cout << "R" << i<<"\t";}std::cout << std::endl;for (int i = 0; i < threadNum; i++) {if(status[i]!=-1)std::cout << "[" << i << "]\t"; elsestd::cout << "[*" << i << "]\t";for (int j = 0; j < resourceNum; j++) {std::cout << resourceNeed[i][j] << "\t";}std::cout << std::endl;}std::cout << "--------------------------------------------------\n";
}
void banker::drawThread() {new std::thread(&banker::_drawThread, this);
}
void banker::_drawThread() {cv::imshow("线程表", theadWindow);cv::waitKey(0);
}void banker::threadFunction(int id) {std::cout << "[" << id << "]创建了一个进程\t" << std::this_thread::get_id() << std::endl;int step = 800.0 / threadNum;bool finish = false;int needId = -1;int needNum = -1;while (true) {if (finish) break;cpuLock.lock();status[id] = 2;std::cout << id << " 获取了cpu执行权\n";// 需求为空时，随机挑选一个资源请求分配if (true) {//将true改成needId == -1，可以每次都生产一个新的需求int offset = rand() % resourceNum;for (int i = offset; i < resourceNum; i++) {// 随机挑一个if (resourceNeed[id][i % resourceNum] > 0) {needId = i % resourceNum;needNum = (rand() % resourceNeed[id][i % resourceNum]) + 1;break;}}}// 尝试分配 if(needId!=-1&& allocate(id, needId, needNum)){// 分配成功}else{status[id] = 3;// 这里有问题，这里实现成了就绪态。。。C++11还不太精通。。。cpuLock.unlock();_sleep(100);continue;}// 绘制图像cv::putText(theadWindow, "runing", cv::Point(200, step*id + 50), cv::FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.5, cv::Scalar(0, 255, 0));drawThread();
// 等待时间_sleep(100);//清除绘制的内容cv::Point pts[1][5];pts[0][0] = cv::Point(200, step*id + 40);pts[0][1] = cv::Point(200, step*id + 40 + 20);pts[0][2] = cv::Point(280, step*id + 40 + 20);pts[0][3] = cv::Point(280, step*id + 40);pts[0][4] = cv::Point(280, step*id + 40);const cv::Point * ppts[] = { pts[0] };int npt[] = { 5 };cv::fillPoly(theadWindow, ppts, npt, 1, cv::Scalar(0, 0, 0), 8);cpuLock.unlock();// 检测是否可以退出bool nag = true;for (int i = 0; i < resourceNum; i++) {if (resourceNeed[id][i] > 0) {nag = false;break;}}if (nag) {break;}needId = -1;needNum = -1;status[id] = 1;_sleep(100);}status[id] = -1;cpuLock.lock();cv::putText(theadWindow, "terminated", cv::Point(200, step*id + 50), cv::FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.5, cv::Scalar(0, 0, 255));cpuLock.unlock();std::cout << "[" << id << "我退出了\t" << std::this_thread::get_id() << std::endl;// 归还资源for (int i = 0; i < resourceNum; i++) {resourceAvailable[i] += resourceHave[id][i];resourceHave[id][i] = 0;}drawResource();// 当所有进程退出时结束模拟bool nag = true;for (int i = 0; i < threadNum; i++) {if (status[i] != -1) {nag = false;break;}}if (nag) {std::cout << "按任意按键退出";drawThread();}
}bool banker::allocate(int id,int resourceId, int needNum) {// 资源不足if (resourceId == -1) {system("pause");}if (resourceAvailable[resourceId] < needNum) {std::cout << " 向 " << id << " 分配 " << resourceId << "号资源 " << needNum << "个[资源不足 拒绝]\n ";return false;}std::cout << " 尝试向 " << id << " 分配 " << resourceId << "号资源 " << needNum << "个 ";resourceAvailable[resourceId] -= needNum;resourceNeed[id][resourceId] -= needNum;resourceHave[id][resourceId] += needNum;if (check()) {std::cout << " [授予]\n";
#ifdef DEBUGdrawResource();printNeed();
#endif // DEBUG// 检测通过return true;}else {// 检测不通过std::cout << " [不安全 拒绝]\n";resourceAvailable[resourceId] += needNum;resourceNeed[id][resourceId] += needNum;resourceHave[id][resourceId] -= needNum;return false;}
}bool banker::check() {bool rnt = false;std::vector<int> q;          // 可行解队列int checkLeft = threadNum;for (int i = 0; i < threadNum; i++) {if (status[i] == -1) {//q.push_back(i);checkLeft--;}}return dfs(checkLeft, q);
}
bool banker::dfs(int checkLeft, std::vector<int> &q) {if (checkLeft == 0) { std::cout << "\n可行解：";for (int i = 0; i < q.size(); i++)std::cout << q[i] << " ";std::cout << std::endl;return true; }// 选取一个未选择的进程，检测它是否可以运行完for (int i = 0; i < threadNum; i++) {// 排除已检测过的进程bool nag = true;if (status[i] == -1)continue;// 排除已经终止了的线程for (int j = 0; j < q.size(); j++) {if (i == q[j])nag=false;}if (!nag) continue;// 分配所有需要的资源nag = true;for (int j = 0; j < resourceNum; j++) {if (resourceAvailable[j] < resourceNeed[i][j]) {nag = false;break;}}if (!nag) continue;// 资源不足无法分配// 假设分配了,并等待它运行结束归还了所有资源，计算下一个可行的进程for (int j = 0; j < resourceNum; j++) {resourceAvailable[j] += resourceHave[i][j];}q.push_back(i);// 如果返回的是可行的，则直接全部返回if (dfs(checkLeft - 1, q)) {// 恢复状态for (int j = 0; j < resourceNum; j++) {resourceAvailable[j] -= resourceHave[i][j];}return true;}// 恢复状态for (int j = 0; j < resourceNum; j++) {resourceAvailable[j] -= resourceHave[i][j];}q.pop_back();}return false;
}

【main.cpp】

#include<iostream>
#include<cstdlib>
#include<opencv2/opencv.hpp>#include"banker.h"int main() {banker banker;system("pause");
}

动图效果：

反正只要配置对了，这个程序是绝对没问题的！

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