银行家算法：解决死锁的关键策略

在广东海洋大学的计算机操作系统课程中，实验三专注于探讨死锁的避免策略，具体而言是银行家算法的实现。本实验旨在帮助学生理解并掌握死锁产生的原因，如至少两个进程已经占用了资源且在等待其他进程释放，导致所有进程都陷入等待状态。参与者需要了解参与死锁的进程特征，即它们是系统中所有进程的一个子集。 核心知识点包括以下几个方面： 1. **死锁的四个必要条件**： - 互斥：至少有一个资源只能被一个进程使用。 - 请求与保持：进程一旦占有资源，就不肯释放，直到其完成任务。 - 不剥夺：进程不能被强制剥夺已占有的资源。 - 循环等待：存在一个进程序列P1, P2, ..., Pn，每个进程Pi正在等待下一个进程P(i+1)的资源，形成循环。 2. **相关数据结构**： - 可利用资源向量（Available）：记录系统中每一类资源的数量，动态变化。 - 最大需求矩阵（Max）：描述每个进程对资源的最大需求量。 - 分配矩阵（Allocation）：反映当前每个进程分配到的资源数量。 - 需求矩阵（Need）：每个进程还需要的资源，等于最大需求减去当前分配。 3. **银行家算法步骤**： - 检查进程的资源请求是否合理（不超过最大需求和当前可用资源）。 - 如果请求合理，继续： - 更新分配矩阵和需求矩阵。 - 验证是否有安全序列，即是否存在一种顺序能满足所有进程的资源需求且不会产生死锁。 - 如果存在安全序列，分配资源；否则，拒绝请求并告知进程等待。 4. **算法决策过程**： - 当资源分配可能导致死锁时，银行家算法通过计算系统的资源状态来判断是否允许请求，避免死锁的发生。这需要维护全局的信息，确保所有进程的资源分配是协调一致的。 5. **实验目标**： - 实现银行家算法的模拟，让学生能够将理论知识应用到实际问题中，提升解决实际系统并发问题的能力。 通过这个实验，学生不仅能够加深对死锁机制的理解，还能学习到资源管理和并发控制的重要策略，对于理解和设计并发系统具有重要意义。