死锁的避免——银行家算法

银行家算法是一种死锁避免算法，用于管理多个进程对有限数量的资源的访问。它基于以下假设：

1. 每个进程在开始执行前必须申请它所需要的资源。
2. 每个进程在执行过程中不会主动释放它所占用的资源。
3. 每个进程在完成后必须释放它所占用的资源。

银行家算法根据系统中已有的资源数量和每个进程所需的资源数量来判断是否允许进程继续执行。当一个进程请求资源时，系统会检查此时是否会发生死锁。如果不会发生死锁，则系统会分配资源给该进程，并更新资源数量；如果会发生死锁，则系统会拒绝分配资源。

银行家算法的核心是安全性检查，该检查可以保证系统在任何情况下都能够避免死锁。安全性检查通过遍历系统中所有可能的资源分配序列，来判断是否存在一种资源分配序列可以满足所有进程的资源需求，而不会造成死锁。

需要注意的是，银行家算法只能在系统初始化时使用，因为它假设所有进程在开始执行时都已经知道它们需要哪些资源。如果系统中出现了新的进程或者资源，就需要重新执行安全性检查。

相关问题

避免死锁——银行家算法的实现

银行家算法是一种经典的避免死锁的算法，它可以确保系统在分配资源时不会进入死锁状态。该算法主要分为两个过程：安全性检查和资源分配。

安全性检查：

在系统运行时，银行家算法需要进行安全性检查，以确定当前状态是否安全。安全状态指的是系统可以满足所有进程的资源需求，而不会陷入死锁状态。

实现该算法需要维护以下数据结构：

- Available：表示系统中可用的资源数目。
- Allocation：表示已经分配给各个进程的资源数目。
- Need：表示每个进程还需要的资源数目。

具体实现过程如下：

1. 初始化工作：

首先，需要计算出每个进程的所需资源数目，即 Need 数组。这可以通过计算 Max - Allocation 来得到，其中 Max 表示进程所需的最大资源数目。

2. 安全性检查：

银行家算法的安全性检查基于两个概念：安全序列和安全状态。

安全序列：指的是一系列进程的执行顺序，这些进程都能够完成任务，不会进入死锁状态。

安全状态：指的是系统可以分配资源，使得所有进程都能够完成任务，不会进入死锁状态。

安全性检查的具体实现过程如下：

（1）初始化工作：

设置 Work 数组为 Available 数组的值；Finish 数组的值都为 false。

（2）循环检查：

循环检查所有进程，找到一个满足以下条件的进程：

- Finish[i] = false
- Need[i] <= Work

如果找到了这样的进程，则将该进程的资源释放，并将它加入安全序列中。同时，更新 Work 数组的值。

如果没有找到这样的进程，则说明系统无法满足所有进程的资源需求，进入死锁状态。

3. 资源分配：

如果系统处于安全状态，则可以进行资源分配。资源分配的过程需要按照以下规则进行：

- 判断是否能够满足当前进程的资源需求（即 Need[i] <= Available）。
- 如果可以满足，则将资源分配给该进程，同时更新 Available 和 Allocation 数组的值。
- 如果无法满足，则该进程必须等待资源。

需要注意的是，资源分配过程中，需要检查是否会破坏系统的安全状态。如果分配资源后，系统无法保持安全状态，则应该撤销分配操作，等待系统恢复到安全状态后再进行分配。

综上所述，银行家算法是一种非常重要的避免死锁的算法。通过合理地分配系统资源，可以避免系统陷入死锁状态，提高系统的可靠性和稳定性。

避免死锁——银行家算法的实现代码加注释以及流程图

银行家算法是一种避免死锁的方法，它将资源请求看作是一个系统状态，并通过安全性算法来确定是否应该分配资源。下面是一个简单的实现代码及注释，以及流程图。

# 定义可用资源的数量
available = [3, 3, 2]

# 定义进程数和资源数
n_processes = 5
n_resources = 3

# 定义每个进程已分配的资源数量
allocation = [[0, 1, 0],
              [2, 0, 0],
              [3, 0, 2],
              [2, 1, 1],
              [0, 0, 2]]

# 定义每个进程还需要的资源数量
need = [[7, 4, 3],
        [1, 2, 2],
        [6, 0, 0],
        [0, 1, 1],
        [4, 3, 1]]

# 定义一个标记列表，标记每个进程是否可以完成
finish = [False] * n_processes

# 定义一个安全序列列表，用于存储安全序列
safe_sequence = []

# 定义一个函数，用于判断是否存在安全序列
def is_safe():
    # 复制可用资源列表
    work = available[:]
    # 遍历每个进程
    for i in range(n_processes):
        # 如果当前进程未完成且所需资源小于等于可用资源
        if not finish[i] and all(need[i][j] <= work[j] for j in range(n_resources)):
            # 将该进程标记为完成
            finish[i] = True
            # 将已分配资源加回可用资源列表中
            work = [work[j] + allocation[i][j] for j in range(n_resources)]
            # 添加当前进程到安全序列中
            safe_sequence.append(i)
            # 重新遍历所有进程
            return is_safe()
    # 如果所有进程都完成了，返回True
    return all(finish)

# 如果存在安全序列，打印出安全序列
if is_safe():
    print("安全序列为:", safe_sequence)
else:
    print("不存在安全序列")

流程图如下：


首先定义了可用资源数量、进程数和资源数、已分配的资源数量、还需要的资源数量等变量。然后定义了一个函数is_safe()，用于判断是否存在安全序列。在该函数中，遍历每个进程，如果当前进程未完成且所需资源小于等于可用资源，则将该进程标记为完成，将已分配资源加回可用资源列表中，添加当前进程到安全序列中，重新遍历所有进程。如果所有进程都完成了，则返回True。最后，如果存在安全序列，打印出安全序列，否则打印出不存在安全序列。