银行家算法和安全性算法笔记

简介

首先银行家算法属于避免死锁的一个著名算法，由Dijkstra在1965年为T.H.E系统设计的一种避免死锁产生的算法。这是由于该算法用于银行系统现金贷款的发放而得名。

基本思想

允许进程动态地申请资源，在资源分配之前，通过相应的算法确定本次资源分配后系统是否安全（不会产生死锁），若是，则进行分配，否则，让进程处于等待状态

重要概念

安全状态

某时刻，对于并发执行的n个进程，若系统能够按照某种顺序如{p1,p2…pn}来为每个进程分配所需资源，直至最大需求，从而使每个进程都可顺利完成，则认为该时刻系统处于安全状态，这样的序列为安全序列

安全状态例子
P1、P2和P3三个进程和12台磁带机，T0时刻可用资源为3：

进程	最大需求	已分配	尚需
P1	10	5	5
P2	4	2	2
P1	9	2	7

那么此刻如果以{P2,P1,P3} 的顺序来执行，就可以顺利运行（系统就可以救活）
执行的过程如下表：

进程	空闲资源
P2	5
P1	10
P3	12

如果在T0 状态不按安全序列进行分配，可能会导致系统进入一个不安全状态，例如在T0状态下P3中申请1台磁带机。

银行家算法思想简框图

Created with Raphaël 2.2.0开始资源请求合法性检查进行尝试性的资源分配分配安全吗？结束撤销本次资源分配不合法性处理yesnoyesno

银行家算法的数据结构

可用资源向量 Available[m]

m为系统中资源种类数，Available[j]=k表示系统中第j类资源数为k个。

最大需求矩阵 Max[n,m]

n为系统中进程数，Max[i,j]=k表示进程i对j类资源的最大需求数为中k。

分配矩阵 Allocation[n，m]

它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一进程资源数， Allocation[i,j] = k表示进程i已分得j类资源的数目为k个。

需求矩阵 Need[n,m]

它表示每个进程尚需的各类资源数，Need[i,j]=k 表示进程i 还需要j类资源k个。Need[i,j]=Max[i,j] - Allocation[i,j]。

进程Pi的请求向量Requesti

如果Requesti［j］=K，表示进程Pi需要K个Rj类型的资源。

银行家算法具体框图

Created with Raphaël 2.2.0开始Requesti ≤ Need[i]Request[i]≤AvailableAvailable= Available-RequestiAllocation[i]= Allocation[i]+RequestiNeed[i]=Need[i]-Requesti分配安全吗？Available= Available+RequestiAllocation[i]= Allocation[i]-RequestiNeed[i]=Need[i]+Requesti结束撤销本次资源分配请求进程等待资源请求非法yesnoyesnoyesno

银行家算法具体步骤描述

当Pi发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：

(1) 如果Requesti［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Requesti［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Pi，并修改下面数据结构中的数值 Available[j]:=Available[j] –Requesti[j];
Allocation[i, j]:=Allocation[i, j]+Requesti[j];
Need[i, j]:=Need[i, j]-Requesti[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。

安全性算法

由银行家算法改进更通用的安全性算法

安全性算法原理简框图

Created with Raphaël 2.2.0开始寻找一个非阻塞的进程?运行完成，释放资源所有进程节点都可以运行完成吗?系统安全系统不安全yesnoyesno

安全性算法的数据结构

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

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。

安全性算法具体框图

Created with Raphaël 2.2.0开始Work=Available;All Finish=FALSE;Finish[i]=false &&Need[i]≤work?Work=Work+Allocation[i];Finish[i]=TRUE;All finish==TRUE?Return 安全Return 不安全yesnoyesno

安全性算法具体步骤描述

(1) 设置两个向量：在执行安全算法开始时，Work∶=Available; Finish［i］:= False;
(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［i］+ 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。

例子

假定系统中有五个进程{P0、P1、P2、P3、P4}和三种类型资源{A、B、C}，每一种资源的数量分别为10、5、7。如下所示

进程\资源情况	Max A B C	Allocation A B C	Need A B C	Available A B C
P0	7 5 3	0 1 0	7 4 3	3 2 2
P1	3 2 2	2 0 0	1 2 2
P2	9 0 2	3 0 2	6 0 0
P3	2 2 2	2 1 1	0 1 1
P4	4 3 3	0 0 2	4 3 1

T0时刻是否安全？
从表中可找出一个序列(P1 、 P3、 P4 、 P2 、 P0）使各进程顺序地一个个地执行完成

进程\资源情况	Work A B C	Need A B C	Allocation A B C	Work+Allocation A B C	Finish
P1	3 2 2	1 2 2	2 0 0	5 3 2	ture
P3	5 3 2	0 1 1	2 1 1	7 4 3	ture
P4	7 4 3	4 3 1	0 0 2	7 4 5	ture
P2	7 4 5	6 0 0	3 0 2	10 4 7	ture
P0	10 4 7	7 4 3	0 1 0	10 5 7	ture