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  • 银行家算法

      最有代表性的避免死锁的算法,是Dijkstra的银行家算法。


    银行家算法中的数据结构

      1.可利用资源向量Available。这是一个含有m个元素的数组,其中的每个元素代表一类课利用的资源数目,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二动态的改变。如果Available[j]=K,则表示系统中现有Rj类资源K个。

      2.最大需求矩阵Max。这是一个n×m的矩阵,它定义了系统中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,则表示进程i需要Rj类资源的最大数目为K

      3.分配矩阵Allocation。这也是一个n×m的矩阵,它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一进程的资源数目。如果Allocation[i,j]=K,则表示进程i当前已分得Rj类资源数目为K。

      4.需求矩阵Need。这也是一个n×m的矩阵,用以表示每一个进程尚需的给类资源数。如果Need[i,j]=K,则表示进程i还需要Rj类资源K个才能完成任务。

      上述三个矩阵之间存在下述关系:

    Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]

    银行家算法

      设Requesti是进程Pi的请求向量,如果Requesti[j]=K,表示进程pi需要KRj类型的资源。当Pi发生资源请求后,系统按下列步骤进行检查:

      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等待。

      3.系统试探着把资源分配给进程Pi,并修改下面的数据结构中的数值:

            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

      1.设置两个向量:

      (1)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,在执行安全算法开始时,Work:=Available。

      (2)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

      2.从进程集合中好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,即应执行:

          Work[j]:=Work[j]+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。

    银行家算法之例

      假定系统中有五个进程{P0,P1,P2,P3,P4}和三类资源{A,B,C},各种资源的数量分别为10、5、7,在T0时刻的资源分配情况如图1所示

       Max Allocation Need Available
     A  B  C   A  B  C   A  B  C   A  B  C 

    P0

    P1

    P2

    P3

    P4

     7  5  3

     3  2  2

     9  0  2

     2  2  2

     4  3  3

     0  1  0

     2  0  0

    (3  0  2)

     3  0  2

     2  1  1

     0  0  2

     7  4  3

     1  2  2

    (0  2  0)

     6  0  0

     0  1  1

     4  3  1

     3  2  2

    (2  3  0)

     图1 T0时刻的资源分配表

       1.T0时刻的安全性:利用安全性算法对T0时刻的资源分配情况进行分析(见图2)可知,在T0时刻存在着一个安全序列{P1,P3,P4,P2,P0},故系统是安全的。

      Work Need Allocation Work+Allocation Finish
     A  B  C   A  B  C   A  B  C    A  B  C 

    P0

    P1

    P2

    P3

    P4

     3  3  2

     5  3  2

     7  4  3

     7  4  5

    10  4  7

     1  2  2

     0  1  1

     4  3  1

     6  0  0

     7  4  5

     2  0  0

     2  1  1

     0  0  2

     3  0  2

     0  1  0 

      5  3  2

      7  4  3

      7  4  5

     10  4  7

     10  5  7

     true

     true

     true

     true

     true

    图2 T0时刻的安全序列

      2.P1请求资源:P1发出请求向量Request1(1,0,2),系统按银行家算法进行检查:

      (1)Request1(1,0,2)≤Need1(1,2,2)

      (2)Request1(1,0,2)≤Available1(3,3,2)

      (3)系统先假定可为P1分配资源,并修改Available,Available1和Need1向量,由此形成的资源变化情况如图1中的圆括号表示。

      (4)在利用安全性算法检查此时系统是否安全。如图3。

      Work Need Allocation Work+Allocation Finish
     A  B  C   A  B  C   A  B  C    A  B  C 

    P0

    P1

    P2

    P3

    P4

     2  3  0

     5  3  2

     7  4  3

     7  4  5

     7  5  5

     0  2  0

     0  1  1

     4  3  1

     7  4  3

     6  0  0

     3  0  2

     2  1  1

     0  0  2

     0  1  0

     3  0  2 

      5  3  2

      7  4  3

      7  4  5

      7  5  5

     10  5  7

     true

     true

     true

     true

     true

     图3 P1申请资源时的安全性检查

      由所进行的安全性检查得知,可以找到一个安全序列{P1,P3,P4,P2,P0},。因此,系统是安全的,可以立即将P1所申请的资源分配给它。

      3.P4请求资源;P0发出请求向量Request0(0,2,0),系统按银行家算法进行检查:

      (1)Request0(0,2,0)≤Need0(7,4,3)

      (2)Request0(0,2,0)≤Available1(2,3,0)

      (3)系统暂时先假定可为P0分配资源,并修改有关数据,如图4所示。

     

       Allocation Need Available
     A  B  C   A  B  C   A  B  C 

    P0

    P1

    P2

    P3

    P4

     0  3  0

     3  0  2

     3  0  2

     2  1  1

     0  0  2

     7  3  2

     0  2    0

     6  0  0

     0  1  1

     4  3  1

     2  1  0 

     图4 为P0分配资源后的有关资源数据

      5.进行安全性检查:可用资源Available(2,1,0)已不能满足任何进程的需要,故系统进入不安全状态,此时系统不分配资源。

     

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          “都买了什么呀?”

          “买了衣服、鞋子、围巾、包包……”

          “那你买了什么吗?”

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