银行家算法Python

银行家算法是一种避免死锁的著名算法。它基于银行借贷系统的分配策略，可以判断和保证系统的安全运行。在银行家算法中，客户在申请贷款时需要声明完成该项目所需的最大资金量，并在满足贷款要求时及时归还。银行家在客户申请的贷款数量不超过自己拥有的最大值时，会尽量满足客户的需要。银行家算法允许进程动态地申请资源，在进行资源分配之前，会计算分配的安全性，如果分配不会导致系统进入不安全状态，则进行分配，否则进程需要等待。

以下是银行家算法的Python实现步骤：
1. 首先，需要定义一些变量，包括进程数目、资源数目、各进程的最大资源需求、各进程的已分配资源数目以及系统当前可用资源数目等。
2. 然后，编写一个函数来检查当前的资源分配状态是否安全。这个函数会模拟进程的请求，并判断系统是否能够满足所有进程的资源需求，同时避免死锁。
3. 接下来，编写一个函数来进行资源的分配。这个函数会检查请求的合法性，如果满足条件，则进行资源的分配，并更新系统的资源状态。
4. 最后，将上述函数整合到一个完整的代码中进行测试。

以下是一个简单的银行家算法的Python实现示例：

# 定义变量
num_processes = 5   # 进程数目
num_resources = 3   # 资源数目

# 进程的最大资源需求
max_resources = [
    [7, 5, 3],
    [3, 2, 2],
    [9, 0, 2],
    [2, 2, 2],
    [4, 3, 3]
]

# 进程的已分配资源数目
allocated_resources = [
    [0, 1, 0],
    [2, 0, 0],
    [3, 0, 2],
    [2, 1, 1],
    [0, 0, 2]
]

# 系统当前可用资源数目
available_resources = [3, 3, 2]


# 检查本次分配是否安全
def is_safe_state():
    # 初始化工作
    work = available_resources.copy()
    finish = [False] * num_processes
    safe_sequence = []

    # 逐个检查进程
    while True:
        # 找到一个尚未完成的进程
        process_found = False
        for i in range(num_processes):
            if not finish[i]:
                # 判断该进程是否能满足资源需求
                if all(need <= work for need, work in zip(max_resources[i], work)):
                    work = [work[j] + allocated_resources[i][j] for j in range(num_resources)]
                    finish[i] = True
                    safe_sequence.append(i)
                    process_found = True

        # 如果没有找到可分配的进程，则退出循环
        if not process_found:
            break

    # 判断是否所有进程都完成了
    if all(finish):
        return True, safe_sequence
    else:
        return False, []


# 分配函数
def allocate_resources(process_id, request):
    # 检查请求的合法性
    if any(request > need for need, request in zip(max_resources[process_id], allocated_resources[process_id])):
        return False

    if any(request > available_resources):
        return False

    # 临时模拟资源分配
    available_resources -= request
    allocated_resources[process_id] += request

    # 检查资源分配后的系统状态是否安全
    is_safe, _ = is_safe_state()

    # 如果不安全，则回滚分配
    if not is_safe:
        available_resources += request
        allocated_resources[process_id] -= request
        return False

    return True


# 测试代码
if __name__ == '__main__':
    request = [1, 0, 2]
    process_id = 0

    if allocate_resources(process_id, request):
        print("资源分配成功！")
    else:
        print("资源分配失败！")

# 输出当前资源分配状态
print("当前资源分配状态：")
print("进程ID    最大需求    已分配资源")
for i in range(num_processes):
    print(f"进程{i}    {max_resources[i]}    {allocated_resources[i]}")

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