理解银行家算法：避免死锁与处理机调度

"本资源主要讨论了如何利用银行家算法避免操作系统中的死锁问题，并介绍了处理机调度的层次和各种调度算法的目标。内容涵盖了不同类型的调度，如高级调度、中级调度和低级调度，以及批处理系统、分时系统和实时系统的目标。此外，还详细阐述了作业和作业调度的概念，包括作业控制块（JCB）的内容以及FCFS和SJF调度算法的工作原理。" 在操作系统中，避免死锁是一个关键的问题。银行家算法是一种预防死锁的方法，由艾兹格·迪科斯彻提出，它确保系统能够安全地分配资源，从而避免出现无法继续执行的僵局。银行家算法的核心是通过维护系统的资源分配和需求矩阵来确保安全性。以下是算法的几个关键点： 1. **数据结构**： - **可利用资源向量Available**：这个数组记录了系统当前可分配的每种类型资源的数量，初始值等于系统配置的全部资源数，会随着资源的分配和回收而变化。 2. **安全性检查**：银行家算法通过检查系统是否处于安全状态来避免死锁。安全状态是指系统有能力满足所有进程对资源的未来需求，使得每个进程都能顺利完成。 3. **资源分配**：当进程请求资源时，算法会检查是否满足以下两个条件： - **可行性**：当前请求不会导致资源不足。 - **安全性**：即使满足请求，系统依然可以在未来某时刻让所有进程完成。 4. **进程状态**：进程可以处于三种状态：就绪、运行和等待。银行家算法关注的是在资源分配过程中，如何确保等待状态的进程最终能够获得所需资源并执行完毕。 5. **处理机调度**： - **高级调度（作业调度）**：决定哪些作业被加载到内存，形成就绪队列。 - **中级调度（交换调度）**：管理内存和外存中的进程，决定哪些进程应被换出。 - **低级调度（进程调度）**：从就绪队列中选择进程分配处理机。 6. **调度算法目标**： - **资源利用率**：最大化处理器和其他资源的使用。 - **公平性**：保证所有进程有相等的机会获取资源。 - **平衡性**：避免资源的过度集中。 - **策略强制性**：确保特定的策略得以实施，如优先级高的进程先执行。 7. **不同系统的调度目标**： - **批处理系统**：追求高吞吐量和短平均周转时间。 - **分时系统**：注重响应时间，让用户感觉系统响应迅速。 - **实时系统**：强调任务的截止时间和可预测性。 8. **作业调度**： - **作业调度器**负责从后备队列选择作业，创建进程，设置JCB，并进行执行前的准备。 - **作业控制块（JCB）**存储作业的相关信息，如作业标识、资源需求、状态等。 9. **调度算法示例**： - **FCFS（先来先服务）**：按照作业到达的顺序执行，简单但可能导致长作业等待时间长。 - **SJF（短作业优先）**：优先执行短作业，提高系统效率，但可能导致长作业的不公平性。 通过理解银行家算法和操作系统中的调度策略，我们可以更好地设计和管理资源分配，以防止死锁，优化系统性能，并满足不同应用环境的需求。