避免死锁： 银行家算法

避免死锁： 银行家算法

1.背景

在银行中，客户申请贷款的数量是有限的，每个客户在第一次申请贷款时要声明完成该项目所需的最大资金量，在满足所有贷款要求时，客户应及时归还。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，都应尽量满足客户的需要。在这样的描述中，银行家就好比操作系统，资金就是资源，客户就相当于要申请资源的进程。

2.死锁概念

死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。

产生死锁的必要条件：

 ①　互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进        程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。

 ②　请求和保持条件：指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程        阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。

 ③　不剥夺条件：指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。

 ④　环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链，即进程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正      在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。

死锁避免

理解了死锁的原因，尤其是产生死锁的四个必要条件，就可以最大可能地避免、预防和解除死锁。所以，在系统设计、进程调度等方面注意如何能够不让这四个必要条件成立，如何确定资源的合理分配算法，避免进程永久占据系统资源。此外，也要防止进程在处于等待状态的情况下占用资源,在系统运行过程中，对进程发出的每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查，并根据检查结果决定是否分配资源，若分配后系统可能发生死锁，则不予分配，否则予以分配 。因此，对资源的分配要给予合理的规划。

3.银行家算法

银行家算法是避免死锁的一种重要方法。 操作系统按照银行家制定的规则为进程分配资源，当进程首次申请资源时，要测试该进程对资源的最大需求量，如果系统现存的资源可以满足它的最大需求量则按当前的申请量分配资源，否则就推迟分配。当进程在执行中继续申请资源时，先测试该进程已占用的资源数与本次申请的资源数之和是否超过了该进程对资源的最大需求量。若超过则拒绝分配资源，若没有超过则再测试系统现存的资源能否满足该进程尚需的最大资源量，若能满足则按当前的申请量分配资源，否则也要推迟分配。

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

例：有5个进程{P1,P2,P3,P4,P5} 。4类资源{R1,R2,R3,R4} 各自数量为6、3、4、2

T0时刻各进程分配资源情况如下

T0时刻为安全状态，存在安全序列{P4，P1，P2，P3，P5} 如下：

银行家算法在避免死锁角度上非常有效，但是需要在进程运行前就知道其所需资源的最大值，且进程数也通常不是固定的，因此使用有限，但从思想上可以提供了解，可以转换地应用在其他地方

4.案例分析

M=3种类型的资源（A,B,C,）  进程个数n=5      Available=(2,3,3);    
            已分配资源数           资源需求量
            A       B      C          A       B        C
  P1      2       1      2           3       4        7
  P2      4       0      2           1       3        4
  P3      3       0      5           0       0        3
  P4      2       0      4           2       2        1
  P5      3       1      4           1       1        0
请求序列如下：
  a：进程P2请求资源（0，3，4）
  b：进程P4请求资源（1，0，1）
  c：进程P1请求资源（2，0，1）
  d：进程P3请求资源（0，0，2）

5.代码

#include
#include
using namespace std;
#define n 5
#define m 3
int available[m] = { 2,3,3 }, alloc[n][m], need[n][m], request[n][m];
void init()
{
	alloc[0][0] = 2;  alloc[0][1] = 1;  alloc[0][2] = 2;
	alloc[1][0] = 4;  alloc[1][1] = 0;  alloc[1][2] = 2;
	alloc[2][0] = 3;  alloc[2][1] = 0;  alloc[2][2] = 5;
	alloc[3][0] = 2;  alloc[3][1] = 0;  alloc[3][2] = 4;
	alloc[4][0] = 3;  alloc[4][1] = 1;  alloc[4][2] = 4;

	need[0][0] = 3;  need[0][1] = 4;  need[0][2] = 7;
	need[1][0] = 1;  need[1][1] = 3;  need[1][2] = 4;
	need[2][0] = 0;  need[2][1] = 0;  need[2][2] = 3;
	need[3][0] = 2;  need[3][1] = 2;  need[3][2] = 1;
	need[4][0] = 1;  need[4][1] = 1;  need[4][2] = 0;

	request[0][0] = 2;  request[0][1] = 0;  request[0][2] = 1;
	request[1][0] = 0;  request[1][1] = 3;  request[1][2] = 4;
	request[2][0] = 0;  request[2][1] = 0;  request[2][2] = 2;
	request[4][0] = 1;  request[3][1] = 0;  request[3][2] = 1;
	
}
void display()
{
	cout << "资源 可分配" << endl;
	for (int i = 0; i < m; i++)
	{
		cout << (char)('A' + i) << "      " << available[i] << endl;
	}
	cout << endl;
	cout << "进程 资源 已分配 需求"< work[j]) non = false; 
				}
				if(non)
				{
					for (j = 0; j < m; j++)  
					{
						work[j] = work[j] + alloc[i][j];
						finish[i] = 1;
					}
				}
			}
		}
	}
	non = true;
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		if (finish[i] != 1) non = false;
	}
	if (non) return 1;
	else return 0;
}
void deal(int k)
{
	for (int j = 0; j < m; j++)
	{
		if (request[k][j] > need[k][j])
		{
		//	cout << request[k][0] << " " << request[k][1] << " " << request[k][2];
			cout << " 非法！！！" << endl;
			return;
		}
	}
	for (int j = 0; j < m; j++)
	{
		if (request[k][j] > available[j])
		{
		//	cout << request[k][0] << " " << request[k][1] << " " << request[k][2];
			cout << " 阻塞！！！" << endl;
			return;
		}
	}
	for (int j = 0; j < m; j++)  //试探性分配
	{
		available[k] -= request[k][j];
		alloc[k][j] += request[k][j];
		need[k][j] -= request[k][j];
	}
	if (judge())
	{
     //   cout << request[k][0] << " " << request[k][1] << " " << request[k][2];
		cout << " 资源分配成功！！！" << endl << endl;
		display();
	}
	else
	{
	//	cout << request[k][0] << " " << request[k][1] << " " << request[k][2];
		cout << " 资源分配后系统处于不安全状态！！！" << endl;
		for (int j = 0; j < m; j++)  //试探性分配还原
		{
			available[k] += request[k][j];
			alloc[k][j] -= request[k][j];
			need[k][j] += request[k][j];
		}
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	init();
	display();
	cout << "a: 进程p2请求资源（0，3，4）  " ;
	deal(1);
	cout << "b: 进程p4请求资源（1，0，1）  " ;
	deal(3);  
	cout << "c: 进程p1请求资源（2，0，1）  " ;
	deal(0);
	cout << "d: 进程p3请求资源（0，0，2）  " ;
	deal(2);
	return 0;
}

6.结果分析

End