[已解决]生产者消费者问题、银行家算法

赵屿 · 发表于 2024-12-16 20:49:57

理解进程同步与死锁的相关概念和算法的工作原理

1、使用C语言编程模拟实现生产者消费者问题；

2、使用C语言编程模拟实现银行家算法。

最佳答案

FishC

2024-12-16 20:49:58

赵屿发表于 2024-12-19 22:12
保证银行家算法成功运行的关键问题

要保证银行家算法成功运行，关键在于正确管理资源分配和合理处理请求。以下是实现银行家算法时的关键问题：

1. **正确初始化数据结构**：
- 需要正确初始化各个矩阵和向量，如`Available`、`Max`、`Allocation`、`Need`、`Work`和`Finish`。这些数据结构是银行家算法的基础。

2. **计算`Need`矩阵**：
- 在开始执行算法时，必须正确计算每个进程的`Need`矩阵，这是通过`Max - Allocation`获取的，表示每个进程还需要的资源量。

3. **同步资源分配**：
- 确保对资源的分配和释放是同步的，尤其是在多线程或多进程环境中，以防止竞态条件。

4. **检查进程请求条件**：
- 对每个打开线程的进程请求资源时，必须检查两个条件：(1) `Needi <= Work` 和 (2) `Finish[i] = false`，以确定进程是否可以进行执行。

5. **模拟分配资源与状态回滚**：
- 临时分配资源，检查假设分配后的安全性。如果分配后状态不安全，必须能够回滚本次资源分配。

6. **实现安全性检查**：
- 在模拟分配后，检查系统是否能找到一个安全序列。若能找到，表示系统处于安全状态，否则为不安全状态。

7. **处理边界情况**：
- 处理所有可能的边界情况，例如所有资源均被占用、新请求导致总资源超出等。这需要确保所有资源请求都在合理范围内。

8. **仔细测试和验证**：
- 创建多个测试用例，包括正常情况、边界条件和错误情况，确保算法能在各种情况下正确运行。

通过关注以上关键问题和执行安全检查，银行家算法可以有效管理资源分配，避免死锁，并确保系统在任何时候都处于安全状态。

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FishC · 发表于 2024-12-16 20:49:58

赵屿发表于 2024-12-19 22:12
保证银行家算法成功运行的关键问题

要保证银行家算法成功运行，关键在于正确管理资源分配和合理处理请求。以下是实现银行家算法时的关键问题：

1. **正确初始化数据结构**：
- 需要正确初始化各个矩阵和向量，如`Available`、`Max`、`Allocation`、`Need`、`Work`和`Finish`。这些数据结构是银行家算法的基础。

2. **计算`Need`矩阵**：
- 在开始执行算法时，必须正确计算每个进程的`Need`矩阵，这是通过`Max - Allocation`获取的，表示每个进程还需要的资源量。

3. **同步资源分配**：
- 确保对资源的分配和释放是同步的，尤其是在多线程或多进程环境中，以防止竞态条件。

4. **检查进程请求条件**：
- 对每个打开线程的进程请求资源时，必须检查两个条件：(1) `Needi <= Work` 和 (2) `Finish[i] = false`，以确定进程是否可以进行执行。

5. **模拟分配资源与状态回滚**：
- 临时分配资源，检查假设分配后的安全性。如果分配后状态不安全，必须能够回滚本次资源分配。

6. **实现安全性检查**：
- 在模拟分配后，检查系统是否能找到一个安全序列。若能找到，表示系统处于安全状态，否则为不安全状态。

7. **处理边界情况**：
- 处理所有可能的边界情况，例如所有资源均被占用、新请求导致总资源超出等。这需要确保所有资源请求都在合理范围内。

8. **仔细测试和验证**：
- 创建多个测试用例，包括正常情况、边界条件和错误情况，确保算法能在各种情况下正确运行。

通过关注以上关键问题和执行安全检查，银行家算法可以有效管理资源分配，避免死锁，并确保系统在任何时候都处于安全状态。

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FishC · 发表于 2024-12-16 20:54:20

生产者消费者问题和银行家算法是操作系统中经典的同步和死锁避免问题。下面是对这两个问题的简要介绍以及它们的C语言模拟实现：

1. 生产者消费者问题：
生产者消费者问题是在多进程或多线程环境中，生产者负责生产资源，而消费者负责消耗资源。为了确保同步，通常使用缓冲区和信号量。以下是一个简单的C语言实现：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <pthread.h>

#include <semaphore.h>

#define BUFFER_SIZE 10

int buffer[BUFFER_SIZE];

int count = 0; // Buffer 中项目的数量

sem_t empty, full;

pthread_mutex_t mutex;

void *producer(void *param) {

int item;

while (1) {

      item = rand(); // 生成一个随机项目

      sem_wait(&empty); // 减少空位信号量

      pthread_mutex_lock(&mutex); // 进入临界区

      buffer[count++] = item; // 放入项目

      printf("Produced: %d\n", item);

      pthread_mutex_unlock(&mutex); // 离开临界区

      sem_post(&full); // 增加满位信号量

}

}

void *consumer(void *param) {

int item;

while (1) {

      sem_wait(&full); // 减少满位信号量

      pthread_mutex_lock(&mutex); // 进入临界区

      item = buffer[--count]; // 移除项目

      printf("Consumed: %d\n", item);

      pthread_mutex_unlock(&mutex); // 离开临界区

      sem_post(&empty); // 增加空位信号量

}

}

int main() {

pthread_t tid1, tid2;

sem_init(&empty, 0, BUFFER_SIZE);

sem_init(&full, 0, 0);

pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

pthread_create(&tid1, NULL, producer, NULL);

pthread_create(&tid2, NULL, consumer, NULL);

pthread_join(tid1, NULL);

pthread_join(tid2, NULL);

return 0;

}
复制代码

2. 银行家算法：
银行家算法是一种避免死锁的调度算法，它通过提前检查能否满足资源请求来避免系统进入不安全状态。下面是一个简单的C语言模拟实现：

#include <stdio.h>

#include <stdbool.h>

#define PROCESSES 5

#define RESOURCES 3

int available[RESOURCES] = {3, 3, 2}; // 系统可用资源

int maximum[PROCESSES][RESOURCES] = {

{7, 5, 3},

{3, 2, 2},

{9, 0, 2},

{2, 2, 2},

{4, 3, 3}

}; // 最大需求

int allocation[PROCESSES][RESOURCES] = {

{0, 1, 0},

{2, 0, 0},

{3, 0, 2},

{2, 1, 1},

{0, 0, 2}

}; // 当前分配

int need[PROCESSES][RESOURCES];

bool isSafe() {

int work[RESOURCES];

bool finish[PROCESSES] = {false};

for (int i = 0; i < RESOURCES; i++) {

      work[i] = available[i];

}

for (int k = 0; k < PROCESSES; k++) {

      for (int i = 0; i < PROCESSES; i++) {

         if (!finish[i]) {

            bool canAllocate = true;

            for (int j = 0; j < RESOURCES; j++) {

                  if (need[i][j] > work[j]) {

                     canAllocate = false;

                     break;

                  }

            }

            if (canAllocate) {

                  for (int j = 0; j < RESOURCES; j++) {

                     work[j] += allocation[i][j];

                  }

                  finish[i] = true;

                  k = -1; // 重新检查所有进程

            }

         }

      }

}

for (int i = 0; i < PROCESSES; i++) {

      if (!finish[i]) return false;

}

return true;

}

int main() {

for (int i = 0; i < PROCESSES; i++) {

      for (int j = 0; j < RESOURCES; j++) {

         need[i][j] = maximum[i][j] - allocation[i][j];

      }

}

if (isSafe()) {

      printf("The system is in a safe state.\n");

} else {

      printf("The system is not in a safe state.\n");

}

return 0;

}
复制代码

以上代码分别展示了生产者消费者问题和银行家算法的基本C语言实现。可以根据实际需要进一步扩展或修改。

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赵屿 · 发表于 2024-12-16 21:15:53

FishC 发表于 2024-12-16 20:54
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算法流程图是什么

FishC · 发表于 2024-12-16 21:16:17

赵屿发表于 2024-12-16 21:15
算法流程图是什么

算法流程图是一种使用图形符号来表示算法逻辑步骤的图示方法。它通过使用特定的图形符号来描述问题的解答步骤，使复杂的算法更易于理解和实现。流程图通常包括以下几种基本元素：

1. **起始/终止符号**：用椭圆形表示，通常包含“Start”或“End”字样，标识算法的开始和结束。
2. **输入/输出符号**：用平行四边形表示，描述输入和输出操作。
3. **处理过程符号**：用矩形表示，描述数据处理步骤。
4. **决策符号**：用菱形表示，描述需要判断的条件，根据条件的真假分支到不同路径。
5. **流程线**：用箭头表示，表明操作步骤的执行顺序。

通过流程图，我们可以清晰地了解算法的执行流程，这对于沟通交流和程序设计有很大的帮助。

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赵屿 · 发表于 2024-12-17 16:06:19

FishC 发表于 2024-12-16 20:54
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利用以下结构满足生产者消费者问题
void producer( ) {
   while(1){
      produce an item in nextp;
         …
         while (count == n)
           ; // do nothing
      // add an item to the buffer
      buffer[in] = nextp;
     in = (in + 1) % n;
         count++;  }}

void consumer() {
   while(1){
         while (count == 0)
            ; // do nothing
           // remove an item from the buffer
           nextc = buffer[out];
         out = (out + 1) % n;
         count --;
      consumer the item in nextc;
         …    } }
count++:
R1=count; 1
R1=R1+1; 2
count=R1; 3
count--:
R2=count;    4
R2=R2-1;       5
count=R2;    6
Count初值为4,并发执行produce()和consume()进程
执行次序结果是否正确
123456 4 是
142536 3 否
145263 5 否

FishC · 发表于 2024-12-17 16:14:17

赵屿发表于 2024-12-17 16:06
利用以下结构满足生产者消费者问题
void producer( ) ...

在生产者消费者问题中，为了确保多个进程对共享资源的安全访问，我们需要对共享变量（在此例中为`count`）进行适当的同步。我们来分析一下每种执行顺序的正确性：

执行次序：
1. **123456：结果 4，是否正确：是**

- 此次序表示先完成一次完整的`count++`操作，然后完整地完成`count--`操作。`count`的值保持不变，因此该操作序列是正确的。

2. **142536：结果 3，是否正确：否**

- 这个次序表明在`count++`操作未完成时，开始并完成了`count--`操作，导致`count`的最终结果是错误的。这种次序会导致计数器`count`偏离实际值。

3. **145263：结果 5，是否正确：否**

- 此次序同样出现了`count++`和`count--`操作的交错，导致`count`的最终结果错误。在最后只执行了一次递增操作，导致`count`为5，也是错误的。

为了解决这个问题，可以使用信号量或互斥锁来保障`count`的同步，确保每一次对`count`的增减操作都是原子操作。通过这种方法可以避免在多线程操作时的竞态条件。

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赵屿 · 发表于 2024-12-17 16:18:45

FishC 发表于 2024-12-17 16:14
在生产者消费者问题中，为了确保多个进程对共享资源的安全访问，我们需要对共享变量（在此例中为`count ...

利用以下结构满足生产者消费者问题补充完整代码
void producer( ) {
   while(1){
      produce an item in nextp;
         …
         while (count == n)
               ; // do nothing
            // add an item to the buffer
            buffer[in] = nextp;
         in = (in + 1) % n;
         count++;  }}

void consumer() {
   while(1){
         while (count == 0)
                  ; // do nothing
               // remove an item from the buffer
               nextc = buffer[out];
         out = (out + 1) % n;
         count --;
            consumer the item in nextc;
         …    } }
count++:
R1=count;       1
R1=R1+1;       2
count=R1;       3
count--:
R2=count;    4
R2=R2-1;       5
count=R2;    6

FishC · 发表于 2024-12-17 16:24:06

赵屿发表于 2024-12-17 16:18
利用以下结构满足生产者消费者问题补充完整代码
void ...

要实现一个线程安全的生产者消费者问题，我们可以使用信号量来进行同步控制，这样可以避免在对`count`进行增减操作时的竞态条件。下面是一段使用C语言和POSIX线程库的代码补充示例，来演示如何实现：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#define BUFFER_SIZE 10
int buffer[BUFFER_SIZE];
int in = 0;
int out = 0;
int count = 0;
// 信号量
sem_t empty;
sem_t full;
pthread_mutex_t mutex;
void produce(int *item) {
// 生成一个项目，简单起见用整数
*item = rand() % 100;
}
void consume(int item) {
// 消费项目
printf("Consumed: %d\n", item);
}
void *producer(void *arg) {
int item;
while (1) {
produce(&item);
sem_wait(&empty); // 等待空槽
pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁
buffer[in] = item;
in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
count++;
pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁
sem_post(&full); // 增加可用项目数
}
}
void *consumer(void *arg) {
int item;
while (1) {
sem_wait(&full); // 等待可用项目
pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁
item = buffer[out];
out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
count--;
pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁
sem_post(&empty); // 增加空槽数
consume(item);
}
}
int main() {
pthread_t prod_tid, cons_tid;
sem_init(&empty, 0, BUFFER_SIZE);
sem_init(&full, 0, 0);
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_create(&prod_tid, NULL, producer, NULL);
pthread_create(&cons_tid, NULL, consumer, NULL);
pthread_join(prod_tid, NULL);
pthread_join(cons_tid, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
sem_destroy(&empty);
sem_destroy(&full);
return 0;
}

复制代码

在这个代码中：

- 使用了两个信号量`empty`和`full`来分别表示空槽和满槽的位置。
- 使用了一个互斥锁`mutex`来保护对共享资源`buffer`和`count`的访问。
- 生产者线程会等待空槽可用，用完后添加一个项目。
- 消费者线程会等待满槽，当有项目时就消费它。

请记得在编译时链接线程库，例如，使用`gcc -pthread -o program program.c`进行编译。

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赵屿 · 发表于 2024-12-17 16:28:27

FishC 发表于 2024-12-17 16:24
要实现一个线程安全的生产者消费者问题，我们可以使用信号量来进行同步控制，这样可以避免在对`count` ...

要在windows系统下的codeblocks用c语言

FishC · 发表于 2024-12-17 16:28:46

赵屿发表于 2024-12-17 16:28
要在windows系统下的codeblocks用c语言

在Windows系统下使用Code::Blocks进行生产者消费者问题的模拟，我们可以使用Windows的线程库来实现。以下是一个使用Windows API和临界区来进行线程同步的简单示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <windows.h>
#define BUFFER_SIZE 10
int buffer[BUFFER_SIZE];
int in = 0;
int out = 0;
int count = 0;
CRITICAL_SECTION cs; // 临界区
HANDLE semEmpty; // 表示空槽的信号量
HANDLE semFull; // 表示满槽的信号量
void produce(int *item) {
*item = rand() % 100;
printf("Produced: %d\n", *item);
}
void consume(int item) {
printf("Consumed: %d\n", item);
}
DWORD WINAPI producer(LPVOID param) {
int item;
while (1) {
produce(&item);
WaitForSingleObject(semEmpty, INFINITE); // 等待空槽
EnterCriticalSection(&cs); // 进入临界区
buffer[in] = item;
in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
count++;
LeaveCriticalSection(&cs); // 离开临界区
ReleaseSemaphore(semFull, 1, NULL); // 释放一个满槽
Sleep(1000); // 模拟生产时间
}
return 0;
}
DWORD WINAPI consumer(LPVOID param) {
int item;
while (1) {
WaitForSingleObject(semFull, INFINITE); // 等待满槽
EnterCriticalSection(&cs); // 进入临界区
item = buffer[out];
out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
count--;
LeaveCriticalSection(&cs); // 离开临界区
ReleaseSemaphore(semEmpty, 1, NULL); // 释放一个空槽
consume(item);
Sleep(1500); // 模拟消费时间
}
return 0;
}
int main() {
InitializeCriticalSection(&cs);
semEmpty = CreateSemaphore(NULL, BUFFER_SIZE, BUFFER_SIZE, NULL);
semFull = CreateSemaphore(NULL, 0, BUFFER_SIZE, NULL);
HANDLE hProducer = CreateThread(NULL, 0, producer, NULL, 0, NULL);
HANDLE hConsumer = CreateThread(NULL, 0, consumer, NULL, 0, NULL);
WaitForSingleObject(hProducer, INFINITE);
WaitForSingleObject(hConsumer, INFINITE);
DeleteCriticalSection(&cs);
CloseHandle(semEmpty);
CloseHandle(semFull);
return 0;
}

复制代码

在这个程序中：

- 使用`CRITICAL_SECTION`实现对共享数据的保护。
- 使用Windows API的信号量`CreateSemaphore`、`WaitForSingleObject`、`ReleaseSemaphore`来管理生产者和消费者之间的同步。
- 使用`CreateThread`开始生产者和消费者线程。

此代码编写于Windows平台，请确保在Code::Blocks中配置好编译器后进行编译和运行。程序的执行结果模拟生产和消费过程，并在控制台上打印生产和消费的项目。

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赵屿 · 发表于 2024-12-17 16:41:22

FishC 发表于 2024-12-17 16:28
在Windows系统下使用Code::Blocks进行生产者消费者问题的模拟，我们可以使用Windows的线程库来实现。以 ...

生产者消费者易出现的问题

FishC · 发表于 2024-12-17 16:41:39

赵屿发表于 2024-12-17 16:41
生产者消费者易出现的问题

生产者消费者问题在多线程程序中有时会出现一些常见的问题，了解这些问题有助于在编写和调试程序时采取对应的对策。以下是一些常见的问题：

1. **死锁**：
- 如果同步机制（如信号量和互斥锁）未正确管理，可能导致死锁，线程不能继续执行。例如，生产者和消费者都在等待对方释放资源。

2. **饥饿**：
- 如果生产者或消费者得不到资源的访问优先权，可能会导致线程饥饿现象。例如，一个消费者线程可能一直得不到消费机会。

3. **竞态条件**：
- 由于没有正确同步，多个线程同时访问和修改共享资源，可能导致数据不一致或无法预期的结果。

4. **资源浪费**：
- 如果生产者速度过快，而消费者速度过慢，也可能导致缓冲区快速填满，迫使生产者等待（或反之亦然），这就降低了系统效率。

这些问题通常可以通过正确使用线程同步机制来避免，例如使用信号量、互斥锁和条件变量等同步工具。了解同步原语的特性和限制，并小心设计代码的执行路径，可以减少这些问题的发生。

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赵屿 · 发表于 2024-12-17 16:48:01

FishC 发表于 2024-12-17 16:41
生产者消费者问题在多线程程序中有时会出现一些常见的问题，了解这些问题有助于在编写和调试程序时采取 ...

保证该代码成功运行的关键问题

FishC · 发表于 2024-12-17 16:48:21

赵屿发表于 2024-12-17 16:48
保证该代码成功运行的关键问题

要保证生产者消费者问题的代码成功运行，关键在于正确处理线程同步和共享资源管理。以下是一些关键点：

1. **正确使用同步机制**：
- 生产者和消费者必须通过同步机制来协调对共享资源（如缓冲区和计数器）的访问。信号量、互斥锁或者条件变量是常用的方法。

2. **避免死锁**：
- 确保获得锁和信号量的顺序一致，避免多个线程相互等待导致死锁。使用超时机制（如`WaitForSingleObject`的超时参数）也可以帮助诊断和解决死锁问题。

3. **处理竞态条件**：
- 在更新共享变量（如缓冲区和计数器）时，确保在任何时间只有一个线程进行操作。一旦一个线程完成对共享资源的操作，立即释放锁，以便其他线程可以继续。

4. **信号量和锁的正确初始化和销毁**：
- 确保所有的同步原语在使用前都已正确初始化，并在程序结束时妥善销毁。这有助于避免资源泄漏和未定义行为。

5. **防止资源饥饿和优先级反转**：
- 确保所有线程在合理时间内能够访问到所需的资源。可以通过调整线程的优先级和使用公平的锁机制来减少饥饿问题。

6. **正确的上下文切换**：
- 在生产者和消费者之间合理安排切换，以避免过多的上下文切换造成性能损失。

通过关注这些关键问题，特别是对共享资源的同步操作，能有效提高代码的健壮性和运行稳定性。

以上回复来自 FishC AI 小助理，如未能正确解答您的问题，请继续追问。

赵屿 · 发表于 2024-12-19 14:08:50

FishC 发表于 2024-12-17 16:48
要保证生产者消费者问题的代码成功运行，关键在于正确处理线程同步和共享资源管理。以下是一些关键点： ...

画出这个程序的算法流程图

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>//pthread_create()函数的头文件
#include<windows.h>//sleep的头文件
#define N 10
#define true 1
#define sleepTime 1000//1000就是1S
#define producerNum 4
#define consumerNum 3
typedef int semaphore;
typedef int item;
item buffer[N]={0};//缓冲池的情况
int in=0;//生产者的指针
int out=0;//消费者的指针
semaphore mutex=1;//互斥性信号量
semaphore empty=N;//空着的缓冲区数
semaphore full=0;//有东西的缓冲区数
void *producer(void *a)
{
while(true)
{
while(empty<=0)
{
printf("缓冲区已满!\n");
}
empty--;//执行P操作

while(mutex<=0);//判断是否能进入缓冲区(mutex=1可入)
mutex--;//进行P操作

buffer[in]=1;//生产完缓冲区设置为1
in=(in+1)%N;//是环形存储为了防止出现假溢出的现象

mutex++;//执行V操作
full++;//上下两步可调整先后
Sleep(sleepTime);
//当我们设置sleep时，等于告诉cpu，当前的线程不再运行，持有当前对象的锁。
//那么这个时候cpu就会切换到另外的线程了
}
}
void *consumer(void*b)
{
while(true)
{
while(full<=0)
{
printf("缓冲区为空!\n");
}
full--;//执行P操作

while(mutex<=0);
mutex--;

int nextc=buffer[out];
buffer[out]=0;//消费完将缓冲区设置为0
out=(out+1)%N;

mutex++;
empty++;

printf("消费一个产品ID%d,缓冲区位置为%d\n", nextc,out);
Sleep(sleepTime);
}
}
int main()
{
//创建进程池，就是所有进程都能放进去的一个线程组
pthread_t threadPool[producerNum+consumerNum];

int i;
for(i=0;i<producerNum;i++)
{
pthread_t temp;
//pthread_t是一个表示线程的数据类型
//pthread_create是用来创建线程的
if(pthread_create(&temp,NULL,producer,NULL)==-1)
{
//pthread_create的第一个参数是指向线程标识符的指针
//第二个参数是用来设置线程的属性（一般不用设置所以一般为NULL）
//第三个参数是线程运行函数的起始地址（就是新建线程需要执行的函数，该函数的参数最多有 1 个（可以省略不写））
//第四个参数是运行函数的参数
printf("ERROR, fail to create producer%d\n",i);
exit(1);
}
threadPool[i]=temp;
   }//创建生产者线程放入线程池
   for(i=0;i<consumerNum;i++)
   {
     pthread_t temp;
     if(pthread_create(&temp,NULL,consumer,NULL)==-1)
     {
     printf("ERROR, fail to create consumer%d\n",i);
     exit(1);
}
threadPool[i+producerNum]=temp;
   }//创建消费者线程放入线程池
   void *result;
   for(i=0;i<producerNum+consumerNum;i++)
   {
     if(pthread_join(threadPool[i],&result)==-1)
     {
     printf("fail to recollect\n");
     exit(1);
   }
   }//运行线程池
return 0;
}

FishC · 发表于 2024-12-19 14:19:47

赵屿发表于 2024-12-19 14:08
画出这个程序的算法流程图

#include
#include// ...

绘制程序流程图可以帮助理解算法的执行逻辑。由于文本交流无法直接画图，我将描述生成流程图的步骤，把程序中的重要逻辑用流程图表示。

1. **开始**：用椭圆表示流程图开始。

2. **初始化**：
- 初始化信号量`mutex = 1`、`empty = N`、`full = 0`。
- 初始化指针`in = 0`和`out = 0`。

3. **生产者线程**（用一个循环表示可以有多个线程，分为两个并发部分）：

- **等待循环**：检查`empty`是否大于0。
   - 是：继续。
   - 否：继续等待。
- **进入临界区**：检查`mutex == 1`，将`mutex`设置为0。
- **生产项目**：将项目放入`buffer[in]`，调整`in`指针，递增`full`，递减`empty`。
- **离开临界区**：将`mutex`设置为1。
- **等待一段时间**（用模块表示模拟处理时间）。

4. **消费者线程**：

- **等待循环**：检查`full`是否大于0。
   - 是：继续。
   - 否：继续等待。
- **进入临界区**：检查`mutex == 1`，将`mutex`设置为0。
- **消费项目**：从`buffer[out]`中获取项目，调整`out`指针，递增`empty`，递减`full`。
- **离开临界区**：将`mutex`设置为1。
- **等待一段时间**（用模块表示模拟处理时间）。

5. **结束**：用椭圆表示流程图结束位置。

流程图的详细图示需要使用绘图工具绘制，可以将上述步骤转化为标准的流程图元素：起止用椭圆、判断用菱形、处理步骤用矩形、流程线连接各个步骤。这样描述便于您使用任何流程图工具自行实现。

以上回复来自 FishC AI 小助理，如未能正确解答您的问题，请继续追问。

赵屿 · 发表于 2024-12-19 14:51:46

FishC 发表于 2024-12-19 14:19
绘制程序流程图可以帮助理解算法的执行逻辑。由于文本交流无法直接画图，我将描述生成流程图的步骤，把 ...

用C语言在codeblocks上写出银行家算法完整代码满足以下要求

1、让Work和Finish作为长度为m和n的向量初始化
Work := Available
Finish [i] = false for i - 1,3, …, n.
2、查找i
(a) Finish [i] = false
(b) Needi  Work
If no such i exists, go to step ④.
3、Work := Work + Allocationi
Finish[i] := true
go to step
4、如果对所有i的 Finish [i] = true, 则系统处在安全状态

FishC · 发表于 2024-12-19 15:04:41

赵屿发表于 2024-12-19 14:51
用C语言在codeblocks上写出银行家算法完整代码满足以 ...

为了实现银行家算法，我们需要按照要求初始化和实现算法逻辑。以下是一个满足条件的C语言完整代码示例，该代码可以在Code::Blocks上运行：

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#define N 5 // 进程数
#define M 3 // 资源种类数
// 初始化数据
int Available[M] = {3, 3, 2}; // 可用资源
int Max[N][M] = {{7, 5, 3}, {3, 2, 2}, {9, 0, 2}, {2, 2, 2}, {4, 3, 3}}; // 最大需求
int Allocation[N][M] = {{0, 1, 0}, {2, 0, 0}, {3, 0, 2}, {2, 1, 1}, {0, 0, 2}}; // 已分配
int Need[N][M]; // 需求矩阵
bool Finish[N]; // Finish向量
int Work[M]; // Work向量
void calculateNeed() {
for (int i = 0; i < N; i++) {
for (int j = 0; j < M; j++) {
Need[i][j] = Max[i][j] - Allocation[i][j];
}
}
}
bool isSafeState() {
// Step 1: 初始化工作向量和完成向量
for (int i = 0; i < M; i++) {
Work[i] = Available[i];
}
for (int i = 0; i < N; i++) {
Finish[i] = false;
}
// Step 2 & 3: 查找满足条件的进程并模拟资源分配
while (true) {
int foundProcess = -1;
for (int i = 0; i < N; i++) {
if (!Finish[i]) {
bool canAllocate = true;
for (int j = 0; j < M; j++) {
if (Need[i][j] > Work[j]) {
canAllocate = false;
break;
}
}
if (canAllocate) {
foundProcess = i;
break;
}
}
}
if (foundProcess == -1) {
break; // 如果找不到满足条件的进程
}
// 模拟分配
for (int j = 0; j < M; j++) {
Work[j] += Allocation[foundProcess][j];
}
Finish[foundProcess] = true;
}
// Step 4: 检查系统是否处于安全状态
for (int i = 0; i < N; i++) {
if (!Finish[i]) {
return false; // 如果有任何进程的Finish为false，系统不安全
}
}
return true; // 所有进程的Finish都为true，系统安全
}
int main() {
calculateNeed();
if (isSafeState()) {
printf("系统处于安全状态。\n");
} else {
printf("系统处于不安全状态。\n");
}
return 0;
}

复制代码

### 代码说明：

1. **初始化**：
- `Available`为当前可用资源。
- `Max`为每个进程最大需要的资源。
- `Allocation`为已分配给进程的资源。
- `Need`为每个进程所需资源，通过`Max - Allocation`计算。

2. **步骤解析**：
- `calculateNeed()`计算每个进程的`Need`矩阵。
- `isSafeState()`实施银行家算法，判断系统是否处于安全状态。

3. **输出结果**：
- 根据`Finish`向量的值判断系统的安全性。

确保在Code::Blocks中正确配置和运行此代码以获得预期结果。

以上回复来自 FishC AI 小助理，如未能正确解答您的问题，请继续追问。

赵屿 · 发表于 2024-12-19 22:12:32

FishC 发表于 2024-12-19 15:04
为了实现银行家算法，我们需要按照要求初始化和实现算法逻辑。以下是一个满足条件的C语言完整代码示例 ...

保证银行家算法成功运行的关键问题

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