操作系统理论 第三章（处理机调度与死锁）—第七节（避免死锁）

写在前面：

1. 本系列笔记主要以《计算机操作系统（汤小丹…）》为参考，大部分内容出于此书，笔者的工作主要是挑其重点展示，另外配合下方视频链接的教程展开思路，在笔记中一些比较难懂的地方加以自己的一点点理解（重点基本都会有标注，没有任何标注的难懂文字应该是笔者因为强迫症而加进来的，可选择性地忽略）。
2. 视频链接：操作系统（汤小丹等第四版）_哔哩哔哩_bilibili

一、系统安全状态

        在死锁避免方法中，把系统的状态分为安全状态和不安全状态。当系统处于安全状态时，可避免发生死锁，反之，当系统处于不安全状态时，则可能进入到死锁状态。

        安全状态是指系统能按某种进程顺序来为每个进程分配其所需资源，直至满足每个进程对资源的最大需求，使每个进程都可顺利地完成，如果系统无法找到这样一个安全序列（或者不按安全序列分配资源），则称系统处于不安全状态。

        虽然并非所有不安全状态都必然会转为死锁状态，但当系统进入不安全状态后，就有可能进入死锁状态，反之，只要系统处于安全状态，系统便不会进入死锁状态，因此避免死锁的实质在于，系统在进行资源分配时应使系统不进入不安全状态。

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二、利用银行家算法避免死锁

1、银行家算法概述

        最有代表性的避免死锁的算法是Dijkstra的银行家算法，起这样的名字是由于该算法原本是为银行系统设计的，以确保银行在发放现金贷款时，不会发生不能满足所有客户要求的情况。

2、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个元素的一维数组，每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地改变。如果Available[j]=k，表示系统中现有类资源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。如果Allocation[i, j]=K，则表示进程i当前已分得类资源的数目为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各类资源数。如果Need[i, j]=K，则表示进程i还需要类资源K个才能完成其任务。

（5）上述三个矩阵存在关系：Need[i, j]=Max[i, j]-Allocation[i, j]

3、银行家算法的处理步骤

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4、安全性算法的处理步骤

5、举例

        假定系统中有五个进程{,,,,}和三类资源{A,B,C}，各种资源的数量分别为10、5、7。系统中时刻的资源分配情况如下所示：

（1）考察时刻的安全性：利用安全性算法对时刻的资源分配情况进行分析可知，在时刻存在着一个安全序列{,,,,}，故系统是安全的。

（2）发出请求向量，系统按银行家算法进行检查：

（3）发出请求向量，系统按银行家算法进行检查：

（4）发出请求向量，系统按银行家算法进行检查：