【操作系统】银行家算法避免死锁

系统安全状态的定义

1．安全状态

在避免死锁的方法中，允许进程动态地申请资源，但系统在进行资源分配之前，应先计算此次资源分配的安全性。若此次分配不会导致系统进入不安全状态，则将资源分配给进程；否则，令进程等待。

虽然并非所有的不安全状态都必然会转为死锁状态，但当系统进入不安全状态后，便有可能进而进入死锁状态；反之，只要系统处于安全状态，系统便可避免进入死锁状态。

因此，避免死锁的实质在于：系统在进行资源分配时，如何使系统不进入不安全状态。

利用银行家算法避免死锁

1．银行家算法中的数据结构

(1) 可利用资源向量Available。这是一个含有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，其初始值是系统中所配置的该类全部可用资源的数目，其数值随该类资源的分配和回收而动态地改变。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R j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R j类资源K个，方能完成其任务。

上述三个矩阵间存在下述关系：

Need[i, j]=Max[i, j]-Allocation[i, j]

2．银行家算法

设Request i是进程Pi的请求向量，如果Request i[j]=K，表示进程P i需要K个R j类型的资源。当P i发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：

(1) 如果Request i[j]≤Need[i,j]，便转向步骤(2)；否则认为出错，因为它所需要的资源数已超过它所宣布的最大值。

(2) 如果Request i[j]≤Available[j]，便转向步骤(3)；否则，表示尚无足够资源，Pi须等待。

(3) 系统试探着把资源分配给进程P i，并修改下面数据结构中的数值：

Available[j]:= Available[j]-Request i[j]；

Allocation[i,j]:= Allocation[i,j]+Request i[j]；

Need[i,j]:= Need[i,j]-Request i[j]；

(4)系统执行安全性算法，检查此次资源分配后系统是否处于安全状态。若安全，才正式将资源分配给进程Pi，以完成本次分配；否则，将本次的试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程Pi等待。

3．安全性算法

系统所执行的安全性算法可描述如下：

(1) 设置两个向量：

① 工作向量Work，它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目，它含有m个元素，在执行安全算法开始时，Work:=Available。

② Finish，它表示系统是否有足够的资源分配给进程，使之运行完成。开始时先做Finish[i]:=false；当有足够资源分配给进程时，再令Finish[i]:=true。

(2) 从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：

① Finish[i]=false；

② Need[i,j]≤Work[j]；若找到，执行步骤(3)，否则，执行步骤(4)。

(3) 当进程Pi获得资源后，可顺利执行，直至完成，并释放出分配给它的资源，故应执行：

Work[j]:= Work[j]+Allocation[i,j]；

Finish[i]:=true；

go to step （2）；

(4) 如果所有进程的Finish[i]=true都满足，则表示系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态。

4．银行家算法实例

假定系统中有五个进程{P0，P1，P2，P3，P4}和三类资源{A，B，C}，各种资源的数量分别为10、5、7，在T0时刻的资源分配情况如图示。 （先忽略P1第二行的括号）

(1)T0时刻的安全性：利用安全性算法对T0时刻的资源分配情况进行分析如下图可知，在T0时刻存在着一个安全序列{P1，P3，P4，P2，P0}，故系统是安全的。

(2)  P1请求资源：P1发出请求向量Request1(1，0，2)，系统按银行家算法进行检查：

① Request1(1，0，2)≤Need1(1，2，2)

② Request1(1，0，2)≤Available1(3，3，2)

③ 系统先假定可为P1分配资源，并修改Available，Allocation1和Need1向量，形成的资源变化情况如下图圆括号所示

④ 再利用安全性算法检查此时系统是否安全。如图所示。

(3)  P4请求资源：P4发出请求向量Request4(3，3，0)，系统按银行家算法进行检查：

① Request4(3，3，0)≤Need4(4，3，1)；

② Request4(3，3，0)≥Available(2，3，0)，让P4等待。（附：操作系统第三版这里写成了≤符号，需更正）

(4)  P0请求资源：P0发出请求向量Requst0(0，2，0)，系统按银行家算法进行检查：

① Request0(0，2，0)≤Need0(7，4，3)；

② Request0(0，2，0)≤Available(2，3，0)；

③ 系统暂时先假定可为P0分配资源，并修改有关数据，如图所示。

(5) 进行安全性检查：可用资源Available(2，1，0)已不能满足任何进程的需要，故系统进入不安全状态，此时系统不分配资源。

本文由Cout_Sev 搜集整理

自《计算机操作系统（第三版）》（西安电子科技大学出版社），

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