银行家算法详解：数据结构、操作步骤和避免死锁

银行家算法及举例说明 银行家算法是一种避免死锁的经典算法，广泛应用于操作系统中。该算法由Dijkstra提出的，因其可用于银行系统的现金贷款发放而得名。下面详细介绍银行家算法的原理和实现步骤。 一、算法中的数据结构说明 银行家算法中使用了四个重要的数据结构：Available、Max、Allocation和Need。 1. 可利用资源向量Available：Available是一个含有m个元素的数组，其中每一个元素代表一类可利用资源的数目，其初始值是系统中所配置的该类全部可用资源的数目。其数值随该类资源的分配和回收而动态地改变。如果Available[j]=k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，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，表示进程i需要Rj类资源的最大数目为k。 3. 分配矩阵Allocation：这是一个n×m的矩阵，定义了系统中当前已分配给某一进程某一类资源的数目。如果Allocation[i,j]=k，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：这是一个n×m的矩阵，表示某一进程还需要的各类资源数。如果Need[i,j]=k，其表示进程i还需要k个Rj类资源才能执行。 这四个矩阵之间存在以下关系：Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]。 二、资源分配的步骤 设Requesti是进程Pi的请求向量，如果Request[j]=k，表示进程Pi需要k个Rj类型的资源。当Pi发出资源请求之后，系统按下述步骤进行检查： （1）如果Requesti≤Needi，则转向步骤（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。其中Needi是矩阵Need中的进程Pi对应的行向量。 （2）如果Requesti≤Available，则转向步骤（3）；否则，表示系统中尚无足够的资源，Pi必须等待。 （3）系统试探性地分配资源给进程Pi，如果分配成功，则更新Available、Allocation和Need矩阵；否则，Pi继续等待。 银行家算法的优点在于它可以避免死锁的出现，并且可以确保系统中的资源分配是安全的。但是，该算法也有一定的局限性，例如需要进程声明其最大资源需求，且需要系统维护四个矩阵，增加了系统的复杂度。 银行家算法是一种重要的避免死锁的算法，在操作系统中有着广泛的应用前景。