死锁银行家算法
银行家算法参考书目
银行家算法参考书目（原创实用版）目录1.银行家算法的概念和背景2.银行家算法的参考书目3.银行家算法的应用领域4.银行家算法的优缺点分析正文银行家算法（Banker"s Algorithm）是一种避免死锁（Deadlock）的资源分配策略，由荷兰计算机科学家艾兹赫尔·戴克斯特拉（Edsger W.Dijkstra）于 1960 年代提出。
该算法主要应用于操作系统、计算机网络和分布式系统等领域，旨在保证系统在多进程并发执行时不发生死锁现象，确保资源得到合理分配。
一、银行家算法的概念和背景在计算机科学中，死锁是指多个进程因竞争资源而陷入的无法进行的状态。
为了避免死锁，银行家算法应运而生。
它通过设置一种资源分配策略，动态地监控和调整进程对资源的请求，从而确保系统始终处于安全状态。
二、银行家算法的参考书目1.《操作系统概念》（Operating System Concepts）：该书是由 Abraham Silberschatz、Peter B.Galvin 和 Greg Gagne 共同撰写的经典教材，详细介绍了银行家算法的原理和应用。
2.《计算机网络》（Computer Networking: A Top-Down Approach）：James F.Kurose 和 Keith W.Ross 编写的这本教材中也有关于银行家算法的讨论，有助于从网络的角度理解该算法。
3.《分布式系统原理与范型》（Distributed Systems: Principles and Paradigms）：George Coulouris、Jean Dollimore、Tim Kindberg 和Gordon Blair 所著的这本书从分布式系统的角度深入讲解了银行家算法的原理和应用。
三、银行家算法的应用领域银行家算法主要应用于以下领域：1.操作系统：在操作系统中，银行家算法可以有效地避免多进程并发执行时出现的死锁现象，确保系统资源的合理分配。
简述银行家算法
简述银行家算法银行家算法，也称为银行家安全算法，是一种用于避免系统资源的死锁现象的算法。
在操作系统中，当多个进程需要同时访问同一组资源并且它们的访问不可分割时，就会产生死锁现象。
在这种情况下，所有的进程都会被阻塞，无法进行任何工作。
银行家算法通过对系统资源的分配和管理，可以避免死锁现象的发生。
它主要包括以下几个步骤：1. 初始化系统：在系统启动时，需要确定每种类型的资源的数量和可用数量，并记录每个进程需要的最大资源数和已经分配的资源数。
2. 进行资源请求：当一个进程需要资源时，会向系统发送一个资源请求。
该请求指定了进程需要的资源类型和数量。
如果系统中有足够的资源可以分配给该进程，那么分配成功并将资源分配给该进程。
3. 检查资源分配是否安全：在分配资源之前，需要检查分配后系统是否处于安全状态。
安全状态是指在分配后，所有进程都能够完成它们的工作并释放所有资源。
如果系统处于安全状态，则分配资源并通知进程可以执行它们的任务。
4. 回收资源：当进程完成任务后，会释放它所占用的所有资源并通知系统。
系统会将这些资源重新分配给其他进程。
在银行家算法中，对于每个进程，都会维护一个资源请求向量和一个安全向量。
资源请求向量包含了进程当前所需要的资源数量，安全向量包含了系统中未分配的资源数量。
当系统收到一个资源请求时，会将该请求向量加入到系统资源向量中，并检查是否存在一个安全序列，该安全序列满足所有进程都可以完成它们的任务并释放它们所占用的所有资源。
如果存在这样的安全序列，则分配资源并通知进程可以执行它们的任务；如果不存在，则拒绝资源请求并等待其他进程的资源释放。
通过使用银行家算法，可以避免系统中的死锁现象，保证所有进程都可以完成它们的任务。
这种算法被广泛应用于操作系统和其他复杂的软件系统中，是保障系统安全性的重要工具。
预防死锁的三种方法
预防死锁的三种方法在计算机科学中，死锁是指两个或多个进程无限期地等待对方持有的资源，从而导致程序无法继续执行的情况。
为了有效预防死锁的发生，我们可以采取以下三种方法：1. 银行家算法。
银行家算法是一种死锁避免的方法，它通过动态地分配资源，以避免进程进入不安全状态，从而避免死锁的发生。
在银行家算法中，系统会维护一个资源分配表和一个进程的最大需求表，通过比较系统当前的资源分配情况和进程的最大需求来判断是否可以分配资源，从而避免死锁的发生。
2. 死锁检测与恢复。
死锁检测与恢复是一种死锁解决的方法，它通过周期性地检测系统中是否存在死锁，并在检测到死锁时采取相应的措施来解除死锁。
常见的死锁检测与恢复方法包括资源分配图算法和银行家算法。
通过这些方法，系统可以及时地检测到死锁的发生，并采取相应的措施来解除死锁，从而保证系统的正常运行。
3. 资源分配策略优化。
资源分配策略的优化是预防死锁的另一种重要方法。
通过合理地设计资源分配策略，可以最大程度地减少死锁的发生。
例如，可以采用资源有序分配的策略，通过规定资源的申请顺序，来避免进程因资源争夺而导致死锁的发生。
另外，还可以采用资源动态分配的策略，通过动态地分配资源，来避免资源的过度占用，从而减少死锁的发生。
综上所述，通过银行家算法、死锁检测与恢复以及资源分配策略优化这三种方法，我们可以有效地预防死锁的发生，保证系统的正常运行。
在实际应用中，我们可以根据具体的情况选择合适的方法，以最大程度地减少死锁的发生，保证系统的稳定性和可靠性。
希望本文所介绍的方法能够对大家有所帮助，谢谢阅读！。
总结银行家算法的算法思想
总结银行家算法的算法思想银行家算法（Banker's algorithm）是一种用于避免死锁的资源分配算法。
它是由荷兰计算机科学家埃德赫尔特·迪科斯彻在1965年提出的，其核心思想是通过判断系统状态是否安全来避免资源分配导致的死锁。
银行家算法的基本思想是在进行资源分配之前，通过模拟执行来判断系统是否会进入不安全状态。
具体来说，该算法需要维护一些数据结构，包括进程的最大需求矩阵、已分配资源矩阵、可用资源矩阵和需求资源矩阵。
通过这些矩阵的计算和比较，可以判断出系统是否能够分配资源，并避免死锁情况的出现。
银行家算法的算法过程如下：1. 初始化：将进程的最大需求矩阵、已分配资源矩阵、可用资源矩阵和需求资源矩阵进行初始化。
2. 安全性检查：通过循环遍历每个进程，判断当前系统状态是否安全。
具体的判断标准是，判断每个进程的需求资源矩阵是否小于等于可用资源矩阵，若满足条件，则代表该进程可以执行，否则代表该进程无法执行。
3. 执行分配：如果当前系统状态安全，则将资源分配给进程执行，并更新已分配资源矩阵和可用资源矩阵。
4. 释放资源：当进程执行完毕后，释放已占有资源，并更新已分配资源矩阵和可用资源矩阵。
银行家算法的核心思想是通过安全性检查来避免死锁的发生。
在进行资源分配之前，系统会先进行模拟执行，判断系统状态是否安全。
如果系统是安全的，则资源会分配给进程执行；否则，资源不会分配，并保持当前状态。
这样可以防止资源的过度分配和不合理分配，进而减少死锁的发生。
银行家算法的优点是避免了资源的浪费和不合理分配，保证了系统的高效运行。
同时，该算法也能够避免死锁的产生，提高了系统的稳定性和可靠性。
然而，银行家算法也存在一些局限性。
首先，该算法要求进程提前声明对资源的最大需求，而实际情况下，有些进程可能无法准确地预先声明自己的资源需求。
其次，该算法需要维护多个矩阵，增加了算法的复杂性和计算量。
最后，银行家算法只是一种静态的资源分配算法，无法适应动态变化的系统需求。
死锁银行家算法
死锁银⾏家算法死锁银⾏家算法死锁死锁的定义如果⼀个线程集合中的每个线程都在等待这个集合中另⼀个线程的执⾏结果才能继续执⾏下去，若⽆其他外⼒，它们都⽆法推进，这就形成了死锁。
死锁的4个必要条件1、互斥条件：⼀个资源在某时刻内只能允许⼀个线程进⾏访问；2、占有且等待：⼀个线程A占有⼀部分资源，此时去申请另外的资源，但申请的资源被线程B占有，此时线程A的请求阻塞，但是也不对⾃⼰本来的资源进⾏释放。
3、不可剥夺条件：线程对已获得的资源，在未完成使⽤之前，不可剥夺，只能使⽤完成后才释放。
4、循环等待：若⼲个线程之间形成了⼀种头尾相连的循环等待资源关系。
死锁的避免⽅式死锁主要有三种避免⽅法：1、预防死锁发⽣：通过对死锁产⽣的四个必要条件进⾏限制；2、检测与拆除死锁：这种⽅式使允许死锁发⽣，检测死锁产⽣，然后解除死锁；检测的具体实施可以维护两个资源矩阵，对可⽤资源和需要资源进⾏⽐较；解除死锁的⽅式主要可以实施抢占剥夺；kill掉进程；回滚系统等；3、动态避免：在资源分配过程中，确保资源请求批准后系统不会进⼊死锁或潜在的死锁状态。
如银⾏家算法。
银⾏家算法银⾏家算法是仿照银⾏发放贷款时采⽤的控制⽅式⽽设计的⼀种死锁避免算法，该算法的策略是实现动态避免死锁。
算法思想银⾏家算法的基本思想是：分配资源之前，判断系统是否安全，如果安全才会进⾏资源分配。
我们把操作系统看做是银⾏家，操作系统管理的资源相当于银⾏家的资⾦，线程向操作系统请求分配资源就是⽤户向银⾏家要贷款。
算法在每次分配资源前需要要求： request < available && request < needing;银⾏家算法实例我们以⼀个实例来说明银⾏家算法：系统中有R1，R2，R3三种资源，在time0时刻，5个线程T0，T1，T2，T3，T4对资源占⽤和需求的情况如下表，此时系统的可⽤资源向量为(3,3,2)。
求T0时刻系统是否存在安全序列？我们假设每个线程执⾏时间为⼀个时刻。
避免死锁的一个著名算法
避免死锁的一个著名算法：银行家算法死锁的避免，不是严格地限制死锁的必要条件，而是在系统运行过程中小心地避免死锁的最终发生。
最著名的死锁避免算法是银行家算法。
银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。
又被称为“资源分配拒绝”法在避免死锁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，应先计算此次分配资源的安全性，若分配不会导致系统进入不安全状态，则分配，否则等待。
为实现银行家算法，系统必须设置若干数据结构。
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。
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Pi需要K个R(j)类型的资源。
当Pi发现资源请求后系统将进行下列步骤(1)如果Request(i)[j] <= Need[i,j],边转向步骤2),否则认为出错，因为它所请求的资源数已超过它所宣布的最大值。
(2)如果Request(i)[j] <= Available[i,j]，便转向步骤3)，否则，表示尚无足够资源，Pi需等待。
(3)系统试探着把资源分配给进程Pi，并需要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。
银行家算法避免死锁的研究与实现1
银行家算法避免死锁的研究及实现学号：姓名：专业：目录1 死锁............................................. 错误!未指定书签。
1.1 什么是死锁.................................. 错误!未指定书签。
1.2 产生死锁的原因.............................. 错误!未指定书签。
1.2.1 竞争系统资源 ........................... 错误!未指定书签。
1.2.2 进程的推进不当 ......................... 错误!未指定书签。
1.3 产生死锁的必要条件........................ 错误!未指定书签。
1.4 解决死锁的基本方法 .......................... 错误!未指定书签。
1.4.1 预防死锁.................................. 错误!未指定书签。
1.4.2 避免死锁.................................. 错误!未指定书签。
1.4.3 死锁检测.................................. 错误!未指定书签。
1.4.4 死锁的恢复错误!未指定书签。
2 银行家算法....................................... 错误!未指定书签。
2.1 关于银行家算法.............................. 错误!未指定书签。
3 程序实现......................................... 错误!未指定书签。
3.1 程序说明.................................... 错误!未指定书签。
3.2 程序源代码.................................. 错误!未指定书签。
银行家算法例题具体步骤
银行家算法例题具体步骤
银行家算法是一种避免死锁的著名算法，主要应用于避免操作系统中的死锁问题。
以下是使用银行家算法解决死锁问题的一个具体例子：假设系统中有三种类型的资源（A、B、C）和五个进程（P1，P2，P3，P4，P5），A资源的数量是17，B资源的数量是6，C资源的数量为19。
首先，我们需要确定各进程对各类资源的最大需求量。
在这个例子中，我们已经知道P1需要（0、0、6），P2需要（1、0、0），P3需要（0、1、2），P4需要（3、4、7），P5需要（0、3、5）。
然后，我们需要计算每个进程已分配的资源向量和当前资源剩余向量。
这些向量通常可以通过系统当前的资源分配情况进行计算。
接下来，我们需要判断系统当前是否处于安全状态。
如果系统处于安全状态，则意味着系统能够满足所有进程的请求而不会发生死锁。
否则，系统处于不安全状态，需要采取措施避免死锁的发生。
具体来说，我们可以使用银行家算法来计算安全序列。
安全序列是指一个进程序列{P1，…，Pn}是安全的，即对于每一个进程Pi(1≤i≤n），它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj (j < i )当前占有资源量之和。
在这个例子中，存在一个安全序列：P1-P3-P2-P4-P5。
这意味着按照这个序列执行进程是安全的，不会发生死锁。
如果系统处于不安全状态，则需要重新调整资源分配或者采取其他措施来避免死锁的发生。
需要注意的是，银行家算法是一种理论上的算法，实际应用中还需要
考虑其他因素，比如资源的动态分配和请求的实时性等。
因此，在实际应用中需要根据具体情况进行调整和改进。
银行家算法解决死锁
银行家算法解决死锁问题1、设系统中有3种类型的资源（A，B，C）和5个进程P1、P2、P3、P4、P5，A资源的数量为17，B资源的数量为5，C资源的数量为20。
在T0时刻系统状态见下表（T0时刻系统状态表）所示。
系统采用银行家算法实施死锁避免策略。
（12分）T0时刻系统状态表T0时刻系统状态表P2请求资源（0，3，4）（0，1，1）(1)T0时刻是否为安全状态？若是，请给出安全序列。
(2)在T0时刻若进程P2请求资源（0，3，4），是否能实施资源分配？为什么？(3)在（2）的基础上，若进程P4请求资源（2，0，1），是否能实施资源分配？为什么？(4)在（3）的基础上，若进程P1请求资源（0，2，0），是否能实施资源分配？为什么？答：当前的系统状态描述为：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=4245241104635955C //资源最大需求数量 max ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=413402504204212A //已分配资源数量 alloc⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=-011122600431743A C //还需资源数量 Need()20517=R //资源总量 ()332=V //系统可用资源向量（1）T 0时刻是否为安全状态？若是，请给出安全序列。
在T0时刻，由于V （2，3，3）大于等于（C-A ）中P5所在行的向量（1，1，0），因此V 能满足P5的运行，在P5运行后，系统的状态为：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=000402504204212A ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=-000122600431743A C ()745'=V同样的，在P5运行后，V’（5，4，7）也大于等于C-A 中P4所在的行（2，2，1），则能满足P4的运行。
P4运行后，系统的状态为：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=000000504204212A ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=-000000600431743A C ()1147'=V按照上述同样的方法，P4运行后，P3，P2，P1也能按顺序运行。
金融保险-第7讲死锁与银行家算法 精品
预防死锁
▪ 破坏环路条件（静态资源分配）
►有序资源分配法：要求将资源编号， 资源请求只能按编号递增进行。 ►举例：有资源R1、R2、R3，比如 有A、B两进程都请求R1、R2资源， 必须先申请R1，成功后才可申请R2 ►缺点：不方便使用、资源利用率低
▪ 因此采用静态预防的方式来解决死锁问题 牺牲了资源的利用率，而资源利用率的降 低直接导致并发度的降低。
▪ (4) 当顾客得到所需的全部资金后，一定能在有限的时间 里归还所有的资金.
银行家算法中的数据结构
Available
（可用资源数组）
表示形式
含义
Available[ j ]＝k 现有资源 j 的数目为 k
Max
（最大需求矩阵）
Max[ i, j ]＝k
进程 i 对资源 j 的最大需 求数目为 k
第七讲
死锁与银行家算法
华软软件工程系
主要内容
►内容回顾
▪ 操作系统概述 ▪ 进程及进程间的通信
►软中断、管道通信 ►IPC机制、消息缓冲通信、共享内存通
信、信号量集(PV操作)
►本次课内容
▪ 资源分配、死锁（银行家算法）
第一部分
内容回顾
•OS概述程
内
•进程间通信
容
内容回顾
►操作系统概述 ▪ 从概念上讲述了操作系统的内涵 ▪ 从类型上介绍了操作系统的分类 ▪ 从技术上了解了操作系统的基础
▪ 为了保证资源的利用率，操作系统往往采 用动态分配方式来避免死锁。
▪ 死锁避免是指操作系统在动态分配过程中 对每一次的分配都要采取某种策略去判断 一下当前的分配有没有导致死锁的可能性， 没有则实施分配，有则拒绝分配，从而动 态地避免死锁的产生。
银行家算法总结
银行家算法总结银行家算法是一种用于避免死锁的资源分配算法，它通过动态地检查资源的分配情况来避免可能导致死锁发生的资源请求。
本文将对银行家算法进行详细的总结，包括算法原理、应用场景、实现步骤以及优缺点等方面。
1. 算法原理银行家算法基于资源分配图模型，通过对系统资源的动态分配进行控制，来预防和避免死锁的发生。
它根据系统目前的资源分配情况，判断是否可以满足进程的资源请求，如果可以满足则分配资源，否则进程需要等待。
2. 应用场景银行家算法可以应用于各种资源有限的系统，如操作系统、数据库管理系统等。
它特别适用于多进程并发运行的环境，可以有效地避免死锁的发生，保证系统的稳定性和可用性。
3. 实现步骤银行家算法的实现步骤主要包括以下几个方面：(1) 定义系统资源及其总量：包括各种类型的资源和它们的总量。
(2) 定义各进程的最大需求量：根据系统资源的分配情况和各进程的最大需求量，确定每个进程需要的资源数量。
(3) 定义各进程的已分配资源量：根据当前的资源分配情况，记录每个进程已分配的资源数量。
(4) 定义各进程的需求资源量：根据当前的资源请求情况，记录每个进程的资源需求数量。
(5) 通过银行家算法进行资源分配：根据系统目前的资源分配情况和进程的资源请求情况，判断是否可以为进程分配资源，如果可以则分配资源，并更新系统资源和进程的已分配资源量；如果不可以则进程需要等待资源。
4. 优缺点银行家算法的主要优点是能够避免死锁的发生，确保系统的稳定性和可用性。
它通过对资源的动态分配进行控制，有效地防止了资源的浪费和滥用。
另外，银行家算法还具有较高的灵活性和适应性，可以适应不同规模和复杂度的系统。
然而，银行家算法也存在一些缺点。
首先，它对系统资源的使用情况进行了全局监控，需要实时监测各个进程的资源请求和分配情况，因此会增加系统的开销和复杂度。
其次，银行家算法在一定程度上限制了系统的并发性和吞吐量，可能会导致系统的性能降低。
预防死锁的三种方法
预防死锁的三种方法
第一种方法是通过破坏死锁产生的四个必要条件之一来预防死锁。
死锁产生的四个必要条件是互斥条件、请求与保持条件、不剥夺条件和循环等待条件。
破坏其中任何一个条件都可以预防死锁。
比如，我们可以通过实现资源的共享来破坏不剥夺条件，或者通过资源的有序分配来破坏循环等待条件。
这种方法的优点是简单易行，但是需要对系统进行全面的改造，成本较高。
第二种方法是使用银行家算法来预防死锁。
银行家算法是由艾兹格·迪杰斯特拉于1965年提出的一种死锁避免算法。
它通过动态地分配资源，根据系统的当前状态来判断是否能满足进程的资源请求，从而避免死锁的发生。
银行家算法的优点是能够有效地避免死锁，并且不需要对系统进行大规模的改造。
但是它需要提前知道每个进程的最大资源需求，这在实际应用中可能会存在一定的困难。
第三种方法是使用超时机制来预防死锁。
超时机制是指当进程在一定时间内无法获得所需的资源时，就放弃对资源的请求，并释放已经获得的资源，从而避免死锁的发生。
这种方法的优点是简单易行，而且不需要对系统进行大规模的改造。
但是它可能会导致资源的浪费，因此需要合理地设置超时时间。
综上所述，预防死锁是非常重要的。
我们可以通过破坏死锁产生的必要条件、使用银行家算法或者使用超时机制来预防死锁的发生。
不同的方法适用于不同的场景，我们可以根据实际情况选择合适的方法来预防死锁的发生，从而保证系统的稳定运行。
希望本文对您有所帮助。
死锁避免与银行家算法
一、【实验目的】1．理解并掌握死锁有关概念；2．理解并掌握银行家算法；3．掌握进程安全性检查的方法及资源分配的方法。
二、【实验任务】任务描述：编制模拟银行家算法的程序，并以下面给出的例子验证所编写的程序的正确性。
某系统有A、B、C、D四类资源共5个进程(P0、P1、P2、P3、P4)共享，各进程对现在系统中A、B、C、D四类资源分别还剩1、5、2、0个，请按银行家算法回答下列问题：①现在系统是否处于安全状态？②如果现在进程P1提出资源请求(0、4、2、0)，系统能否满足它的请求？任务梳理：1.死锁：在操作系统中，“死锁”用于描述资源分配时，进程互相抢占资源，又因为需求的资源被别的进程抢占，只好互相等待，以至于等待循环中的所有进程均无法正常运行的情况。
死锁形成需要四个条件，这四个条件缺少一个，就不会形成死锁。
死锁的四个条件:1）互斥条件即对于某资源在一段时间内仅允许一个进程占有使用。
2）占有且等待条件/请求和保持条件在进程已经占有一个或多个资源的情况下，若它仍申请新的资源，在等待获得新的资源时，进程仍会继续占有旧有资源，不会主动释放。
3）不可抢占条件直到占有该资源的进程使用完毕之前，其他任何进程均不应该强行抢占该资源。
4）循环等待条件若干个进程之间形成了一个等待循环。
2.安全状态若针对目前资源分配情况，系统可以找到某种次序为进程分配资源，使得所有进程能够依次运行成功，则称系统此时的分配状态是安全的，分配资源的次序称为“安全序列”。
安全状态时系统中无死锁，所以所有避免死锁的算法都尽可能地使系统进入安全状态。
值得注意的是，即使是安全状态下的系统，如果资源分配不当，仍然可以使系统变为不安全状态。
3.银行家算法1）设计思想在系统中，进程发起一项资源分配请求，由系统检查是否可以满足该分配请求，若可以，应暂时满足该请求，并查看此时系统是否仍是安全状态。
2）程序流程图可以分为三个功能模块，第一个模块检查需求是否可以被满足，第二个模块检查系统是否安全，第三个模块是主程序，通过调用前两个模块实现资源分配或请求驳回。
[OS]死锁相关知识点以及银行家算法详解
![[OS]死锁相关知识点以及银行家算法详解](https://img.taocdn.com/s3/m/db567c2711661ed9ad51f01dc281e53a580251d8.png)
[OS]死锁相关知识点以及银⾏家算法详解因此我们先来介绍⼀下死锁：死锁特征 当出现死锁时，进程永远不能完成，并且系统资源被阻碍使⽤，阻⽌了其他作业开始执⾏。
在讨论处理死锁问题的各种⽅法之前，先深⼊讨论⼀下死锁的特征。
·必要条件（1）互斥：⾄少有⼀个资源必须处于⾮共享模式，即⼀次只有⼀个进程使⽤。
如果另⼀进程申请该资源，那么申请进程必须等到该资源被释放为⽌。
（2）占有并等待：⼀个进程必须占有⾄少⼀个资源，并等待另⼀资源，⽽该资源为其他进程所占有。
（3）⾮抢占：资源不能被抢占，即资源只能在进程完成任务后⾃动释放。
（4）循环等待：有⼀组等待进程{P0，P1，···，Pn}，P0等待的资源为P1所占有，P1等待的资源为P2所占有，...，Pn-1等待的资源为Pn所占有，Pn等待的资源为P0所占有。
注：强调所有4个条件必须同时满⾜才会出现死锁。
循环等待意味着占有并等待，这样四个条件并不完全独⽴。
但是，在下⾯的讨论中我们会看到分开考虑这些条件是有意义的。
·资源分配图 死锁问题可⽤系统资源分配图的有向图进⾏更为精确的描述。
这种图由⼀个结点集合V和⼀个边集合E组成。
由进程Pi到资源类型Rj的有向边记为Pi->Rj，称为申请边，它表⽰进程Pi已经申请了资源类型Rj的⼀个实例，并在等待该资源。
由资源类型Rj到进程Pi的有向边记为Rj->Pi，称为分配边，它表⽰资源类型Rj的⼀个实例已经分配给进程Pi。
在图上，⽤圆形表⽰进程Pi，⽤矩形表⽰资源类型Rj。
由于资源类型Rj可能有多个实例，所以在矩形中⽤圆点表⽰实例。
注意申请边只指向矩形Rj，⽽分配边必须指定矩形内的某个圆点。
根据分配图的定义，可以证明：如果分配图没有环，那么系统就没有进程死锁，如果分配图有环，那么可能存在死锁。
存在死锁的资源分配图 存在环但没有死锁的资源分配图由上图可知，资源分配图有环不⼀定会产⽣死锁。
预防进程死锁的银行家算法
实验三预防进程死锁的银行家算法一、【实验目的】通过这次实验，加深对进程死锁的理解，进一步掌握进程资源的分配、死锁的检测和安全序列的生成方法。
二、【实验内容】问题描述：设计程序模拟预防进程死锁的银行家算法的工作过程。
假设系统中有n个进程P1, … ,P n，有m类可分配的资源R1, … ,R m，在T0时刻，进程P i分配到的j 类资源为Allocation ij个，它还需要j类资源Need ij个，系统目前剩余j类资源Work j个，现采用银行家算法进行进程资源分配预防死锁的发生。
三、【实验要求】程序要求：1）判断当前状态是否安全，如果安全给出安全序列；如果不安全给出理由。
2）对于下一个时刻T1，某个进程P k会提出请求Request(R1, … ,R m)，判断分配给P k进程请求的资源之后系统是否安全。
3）输入：进程个数n，资源种类m，T0时刻各个进程的资源分配情况（可以运行输入，也可以在程序中设置）；4）输出：如果安全，输出安全的进程序列，不安全则提示信息。
实现提示：用C++语言实现提示：1）程序中进程调度时间变量描述如下：int Available[MaxNumber];int Max[MaxNumber][MaxNumber];int Allocation[MaxNumber][MaxNumber];int Need[MaxNumber][MaxNumber];int Request[MaxNumber];int SafeOrder[MaxNumber];2）进程调度的实现过程如下：变量初始化；接收用户输入n，m，（输入或者默认的）Allocation ij，Need ij；按照银行家算法判断当前状态安全与否，安全给出安全序列，不安全给出提示；如果安全，提示用户输入下一时刻进程P k的资源请求Request(R1, … ,R m)；如果不安全或者无新请求则退出。
四、【实验代码】#include<iostream>using namespace std;#define MaxNumber 100int Available[MaxNumber];//可利用资源int Max[MaxNumber][MaxNumber];//最大需求矩阵int Allocation[MaxNumber][MaxNumber];//分配矩阵int Need[MaxNumber][MaxNumber];//需求矩阵int Request[MaxNumber];//请求资源int SafeOrder[MaxNumber];//安全序列int ProcessNumber;int TypeNumber;bool Finish[MaxNumber];int Work[MaxNumber];int i,j,go=1;void init();bool bank();bool IsSafe();void init(){cout<<"请输入进程的个数：";cin>>ProcessNumber;cout<<"请输入资源种类的个数：";cin>>TypeNumber;for(i=0;i<ProcessNumber;i++){cout<<endl<<"P"<<i<<"已经分配:";for(j=0;j<TypeNumber;j++){cin>>Allocation[i][j];}cout<<"P"<<i<<"还需分配:";for(j=0;j<TypeNumber;j++){cin>>Need[i][j];Max[i][j]=Allocation[i][j]+Need[i][j];}}cout<<"请输入各类可利用资源个数：";for(j=0;j<TypeNumber;j++){cin>>Available[j];}}bool bank(){cout<<"请输入请求资源下标:";cin>>i;cout<<"P"<<i<<"请求各类资源数分别是:";for(j=0;j<TypeNumber;j++){cin>>Request[j];if(Request[j]>Need[i][j]){cout<<"请求资源超过其需要这类资源的最大值，请求失败";return false;}else if(Request[j]>Available[j]){cout<<"没有足够的资源，P"<<i<<"必须等待";return false;}}//银行家算法for(j=0;j<TypeNumber;j++){Available[j]=Available[j]-Request[j];Allocation[i][j]=Allocation[i][j]+Request[j];Need[i][j]=Need[i][j]-Request[j];}return true;}bool IsSafe(){for(i=0;i<ProcessNumber;i++){Finish[i]=false;}for(j=0;j<TypeNumber;j++){Work[j]=Available[j];}int flag=0,k=0;//flag用来控制while循环，使得每个进程都能重新检测到while(flag!=-1){for(i=0;i<ProcessNumber;i++){flag=-1;if(Finish[i]==false){for(j=0;j<TypeNumber;j++){if(Need[i][j]>Work[j])break;}if(j==TypeNumber){for(j=0;j<TypeNumber;j++){Work[j]=Work[j]+Allocation[i][j];Finish[i]=true;}SafeOrder[k]=i;//入安全序列k++;flag=1;//再次进行进程循环break;}}}}for(i=0;i<ProcessNumber;i++){if(Finish[i]==true&&i==ProcessNumber-1){cout<<"系统处于安全状态,存在一个安全序列是：{";for(i=0;i<ProcessNumber;i++)cout<<"P"<<SafeOrder[i]<<",";cout<<"}"<<endl;return true;}else if(Finish[i]==false){cout<<"系统进入不安全状态"<<endl;return false;}}}void main(){init();if(IsSafe()){while(go==1){cout<<endl<<"是否继续为进程分配资源(Y/N): ";char a;cin>>a;if(a=='Y'||a=='y'){if(bank()){if(IsSafe())cout<<"系统处于安全状态，请求成功"<<endl;else{cout<<"请求失败"<<endl;break;}}}else if(a=='N'||a=='n'){cout<<"没有进程请求资源"<<endl;break;}}}elsecout<<"该请求不安全，没有安全序列"<<endl; }五、【实验结果】。
银行家算法概述
银行家算法概述银行家算法是一种用于避免死锁的算法，它最初是由荷兰计算机科学家艾兹赫尔·戴克斯特拉在1965年提出的。
银行家算法的主要作用是通过预测资源分配情况，来判断是否存在死锁，并且在不产生死锁的前提下，尽可能地满足进程对资源的需求。
一、什么是死锁？死锁指的是两个或多个进程互相等待对方所持有的资源，导致所有进程都无法继续执行下去。
这种情况下，系统将无法正常运行，并且需要通过强制终止某些进程来解除死锁。
二、银行家算法原理银行家算法主要基于以下三个概念：1.资源：指系统中可供分配的资源，如内存、CPU时间等。
2.进程：指正在运行或等待运行的程序实体。
3.请求：指进程向系统申请获取某种资源。
在使用银行家算法时，首先需要确定每个进程所需要的各类资源数目和当前系统中可用的资源数目。
然后，在每次有新请求时，系统会检查该请求是否能够被满足。
如果该请求能够被满足，系统会尝试为该进程分配资源，并且更新当前系统中可用的资源数目。
如果该请求无法被满足，系统会将该进程置于等待状态。
三、银行家算法的应用银行家算法主要应用于操作系统中，用于避免死锁的发生。
在实际应用中，银行家算法通常被用于以下场景：1.多用户操作系统：在多用户操作系统中，多个用户同时使用计算机资源，因此需要使用银行家算法来确保所有用户都能够得到所需的资源。
2.分布式系统：在分布式系统中，不同节点之间需要共享资源，并且可能会出现死锁情况。
因此需要使用银行家算法来避免死锁的发生。
3.数据库管理系统：在数据库管理系统中，不同的事务可能会竞争相同的资源。
因此需要使用银行家算法来避免死锁情况。
四、银行家算法优缺点优点：1.能够有效地避免死锁的发生。
2.能够尽可能地满足进程对资源的需求。
3.可以根据当前可用资源数目进行动态调整。
缺点：1.需要预先知道每个进程所需的各类资源数目和当前可用的资源数目。
2.无法处理资源的动态分配和释放情况。
3.可能会出现资源浪费的情况。
银行家算法（安全序列）
银⾏家算法（安全序列）银⾏家算法银⾏家算法（Banker's Algorithm）是⼀个避免死锁（Deadlock）的著名算法，是由艾兹格·迪杰斯特拉在1965年为T.H.E系统设计的⼀种避免死锁产⽣的算法。
它以银⾏借贷系统的分配策略为基础，判断并保证系统的安全运⾏。
安全状态如果存在⼀个由系统中所有进程构成的安全序列P1，…，Pn，则系统处于安全状态。
安全状态⼀定是没有死锁发⽣。
不安全状态不存在⼀个安全序列。
不安全状态不⼀定导致死锁。
数据结构1）可利⽤资源向量Available是个含有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。
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Rj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Rj类资源K个，⽅能完成其任务。
Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]算法原理我们可以把操作系统看作是银⾏家，操作系统管理的资源相当于银⾏家管理的资⾦，进程向操作系统请求分配资源相当于⽤户向银⾏家贷款。
为保证资⾦的安全，银⾏家规定：(1) 当⼀个顾客对资⾦的最⼤需求量不超过银⾏家现有的资⾦时就可接纳该顾客；(2) 顾客可以分期贷款，但贷款的总数不能超过最⼤需求量；(3) 当银⾏家现有的资⾦不能满⾜顾客尚需的贷款数额时，对顾客的贷款可推迟⽀付，但总能使顾客在有限的时间⾥得到贷款；(4) 当顾客得到所需的全部资⾦后，⼀定能在有限的时间⾥归还所有的资⾦.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。
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2020年5月28日星期四
关于死锁
多道程序系统借助并发执行改善资源利用率 ，提高系统吞吐量，但可能发生一种危险—— 死锁。
死锁（Deadlock）：指多个进程在运行过 程中，因争夺资源而造成的一种僵局。当进程 处于这种状态时，若无外力作用，它们都将无 法再向前推进。
2020/5/28
，从而获得令人满意的系统性能。 名词： ❖ 安全状态：系统能按某种进程顺序为每个进程分
配所需资源，直至满足每个进程对资源的最大需 求，并能顺利完成。 ❖ 不安全状态：系统无法找到一种使多个进程能够 顺利分配资源执行完的安全序列。
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* 安全状态、安全序列举例
❖ 假定三个进程A、B和C，共有12台磁带机。
③ 不剥夺条件：进程已获得的资源未使用完之前 不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。
④ 环路等待条件
破坏这4个条件 即是处理死锁的方法
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❖ 如哲学家就餐问题的一种写法，
wait（mutex） wait（left）
会死锁么？
wait（right）
signal(mutex)
2. 进程间推进顺序非法。进程在运行过程中 ，请求和释放资源的顺序不当，同样会导 致死锁。
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1、竞争资源引起进程死锁
可把系统中的资源分为两类： ❖ 可剥夺和非剥夺性资源
可剥夺性资源：分配给进程后可以被高优先 级的进程剥夺。如CPU和主存。
不可剥夺性资源：分配给进程后只能在进程 用完后释放。如磁带机、打印机等。
❖ 与前两种策略比较，资源利用率和系统吞吐 量都有较明显的改善。但也存在严重问题：
❖ 资源编号限制新设备的增加；
❖ 应用中的使用设备顺序与规定的顺序并不 协调；
❖ 限制了用户编程自由。
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2.避免死锁
❖ 上述方法限制条件都太强；造成一定的应用不便
。采用避免死锁的方法则是只施加较弱限制条件
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四、产生死锁的原因和必要条件
找原因
分析形成条件
根据分析，找出处理死锁的方法
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例：使用信号量造成死锁的典型
P1
P2
wait（D）
wait（E）
wait（E）
wait（D）
signal（D）
signal（E）
signal（E）
signal（D）
1) 推进顺序合法 2) 推进顺序非法
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3、 产生死锁的必要条件
❖ 形成死锁的四个必要条件（四个 条件都具备就会死锁，缺一就不 会死锁）
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① 互斥条件：进程对所分配到的资源进行排他性 使用
② 请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资 源，又提出新的资源请求，而新请求资源被其 他进程占有只能造成自身进程阻塞，但对自己 已获得的其他资源保持不放，必然影响其他进 程。
signal(left)
signal(left)
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4、处理死锁的基本方法
事先预防：
① 预防死锁
❖ 设置限制条件，破坏四个必要条件的一个或几个， 预防发生死锁。
❖ 较易实现。限制条件的严格也会导致系统资源利用 率和系统吞吐量降低。
② 避免死锁
❖ 不须事先限制，破坏四个必要条件，而是在资源的 动态分配过程中，用某种方法去防止系统进入不安 全状态，从而避免发生死锁。
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第3章 处理机调度与死锁
一．处理机调度相关基本概念 二．常用调度算法 三．实时调度 四．产生死锁的原因和必要条件 五．预防死锁的方法 六．死锁的检测与解除
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五、预防死锁的方法
1. 预防死锁
❖ 资源的排他性无法更改，故在其他3个条件上入手
① 摒弃“请求和保持”条件：所有进程开始运行前，必 须一次性的申请其在整个运行过程所需的全部资源 （AND）。算法简单、易于实现且很安全。但缺点 是资源浪费严重、或进程延迟运行。
❖ 假设 t0 时刻，磁带机资源分配情况如下表所示 ，此时系统是否处于安全状态？
❖ 永久性资源和临时性资源 永久性：打印机。可顺序重复使用 临时性：进程产生被其他进程短暂使用的资 源，如数据资源：“生产者/消费者”算法中的信号 量。。它可能引起死锁。
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2、进程推进顺序不当引起死锁
❖ 进程在运行中具有异步性特征，多个进 程按向前推进的顺序有两种情况：
② 摒弃“不剥夺”条件：允许进程先运行，但当提出的 新要求不被满足时必须释放它已保持的所有资源， 待以后需要时再重新申请。实现比较复杂且付出很 大代价。可能会造成前功尽弃，反复申请和释放等 情况。
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③ 摒弃“环路等待”条件
❖ 有序设置资源：将所有资源按类型进行线性 排队，赋予不同序号。所有进程对资源的请 求必须严格按照资源序号递增的次序提出， 这样在所形成的资源分配图中，不可能会出 现环路。
死锁发生：双方都拥有部分资源，同时在请
求对方已占有的资源。
➢ 请求推进的次序与对非剥夺性资源的争用都是 造成死锁的原因。
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❖ 产生死锁的原因可归结为如下两点：
1. 竞争资源。系统中供多个进程共享的资源 如打印机、公用队列等的数目不满足需要 时，会引起资源竞争而产生死锁。
生的死锁清除掉。
④ 解除死锁。
❖ 与死锁检测配套的一种措施。
❖ 常用的实施方法：撤销或挂起一些进程，以便回收 一些资源并将他们分配给已阻塞进程，使之转为就 绪以继续运行。
❖ 死锁的检测与解除措施，有可能使系统获得较好的 资源利用率和吞吐量（死锁几率不一定很高），但 在实现上难度也最大。
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❖ 这种事先加以较弱限制的方法，实现上有一定难度 ，但可获较高的资源利用率及系统吞吐量，目前在 较完善的系统中，常用此方法来避免发生死锁。
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事后处理：
③ 检测死锁。
❖ 允许系统运行过程中发生死锁，但通过系统检测机 构可及时的检测出，能精确确定与死锁有关的进程
和资源；然后采取适当的措施，从系统中将已发