操作系统进程调度之银行家算法的实现

Posted 2021-05-07 biu~跃哥冲冲冲

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• 1 创作的小心思
• 2 追根溯源
• 3 算法设计
• • 3.1 银行家算法
  • • 3.1.1 所需维护的数据结构
    • 3.1.2 算法执行步骤
    • 3.1.3 流程图
  • 3.2 安全性算法
  • • 3.2.1 所需维护的数据结构
    • 3.2.2 算法执行步骤
    • 3.2.3 流程图
• 4 算法示例
• • 4.1 示例题目
  • 4.2 例题求解
• 5 C++代码实现
• • 5.1 C++源代码（全）
  • 5.2 测试截图
  • • 5.2.1 初始化
    • 5.2.2 进程1发出资源请求（1，0，1）
    • 5.2.3 进程2发出资源请求（1，0，1）
    • 5.2.4 检查当前状态安全性

1 创作的小心思

该作旨在完成老师布置的实验任务，也借此机会系统的将银行家算法再学一遍。也可以蹭一波大家的热度，嘻嘻🤭，欢迎来访🎉🎉🎉

2 追根溯源

银行家算法（Banker’s Algorithm） 是一个避免死锁（Deadlock） 的著名算法，是由艾兹格·迪杰斯特拉在1965年为T.H.E系统设计的一种避免死锁产生的算法。它以银行借贷系统的分配策略为基础，判断并保证系统的安全运行。(来源：百度百科)

3 算法设计

3.1 银行家算法

3.1.1 所需维护的数据结构

1、可利用资源向量$Available$。这是一个含有$m$个元素的一维数组，其中的每一个元素代表一类可利用的资源数目，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而动态的改变。若
$Available[j]=K$,则表示系统中现有 $R_j$ 类资源$K$ 个。

2、最大需求矩阵$Max$。这是一个 $n\times m$ 的矩阵，它定义了系统中$n$ 个进程中的每个进程对 $m$ 类资源的最大需求。若 $Max[i][j]=K$ ,则表示进程 $i$ 需要$R_j$ 类资源的最大数目为$K$ 。

3、分配矩阵$Allocation$。这是一个$n\times m$ 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。若$Allocation[i][j]=K$ ,则表示进程 $i$ 当前已分得 $R_j$ 类资源的数目为 $K$ 。

4、需求矩阵$Need$。这是一个$n\times m$ 的矩阵，用以表示每一个进程尚需的各类资源数。若$Need[i][j]=K$ ,则表示进程$i$ 还需要$R_j$ 类资源$K$个方能完成其任务。

3.1.2 算法执行步骤

设$Request[i]$ 是进程$P_i$ 的请求向量， 如果$Request[i][j]=K$, 表示进程$P_i$ 需要$K$ 个$R_j$类型的资源。
当$P_i$ 发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：
(1)、如果$Request[i][j]\le Need[i][j]$,便转向步骤(2); 否则认为出错，因为它所需要的资源数已经超过它所宣布的最大值。
(2)、如果$Request[i][j]\le Available[j]$ ,便转向步骤(3); 否则，表示尚无足够资源，$P_i$ 须等待。
(3)、系统试探着把资源分配给进程$P_i$ ，并修改下面数据结构中的值：
$$\begin{gathered} Available[j]=Available[j]-Request[i][j] \\ Allocation[i][j]=Allocation[i][j]+Request[i][j] \\ Need[i][j]=Need[i][j]-Request[i][j] \end{gathered}$$
(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$P_i$ ，以完成本次分配；否则，将本次试探分配作废，恢复原来资源分配状态，让进程$P_i$ 等待。

3.1.3 流程图

3.2 安全性算法

3.2.1 所需维护的数据结构

1、工作向量$Work$, 这是一个含有$m$ 个元素的一维数组，它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源的数目，在执行安全算法开始时，$Work=Available$。（其实和$Available$ 所维护的内容一样）
2、进程状态向量$Finish$，这是一个含有$n$ 个元素的一维数组,它表示每一个进程是否运行完成，用布尔值来表示进程的状态，$Finish[i]=True$ 表示进程$P_i$ 已经运行完成，否则运行未完成。

3.2.2 算法执行步骤

(1) 从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：
①$Finish[i]=False$;
②$Need[i][j]\le Work[j]$;（注意：此处需要所有$m$ 类资源都满足该条件）
若找到，执行步骤(2)，否则，执行步骤(3)。
(2) 当进程$P_i$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：
W o r k [ j ] = W o r k [

以上是关于操作系统进程调度之银行家算法的实现的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

模拟实现银行家调度算法

操作系统| 处理机调度（各种作业调度算法银行家算法三级调度死锁产生原因和必要条件处理死锁的方法死锁定理的作用实时调度算法）

操作系统之银行家算法避免死锁

(王道408考研操作系统)第二章进程管理-第四节2：死锁处理策略之避免死锁（银行家算法）

银行家算法

计算机操作系统 --- 共享资源分配与银行家算法java篇