银行家算法：避免死锁的资源分配策略

最新推荐文章于 2025-05-30 09:20:03 发布

小金三岁半

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文章标签：银行家算法操作系统

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_73670121/article/details/145598988

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引言

在多任务操作系统中，多个进程可能同时竞争有限的资源。如果资源分配不当，可能会导致死锁（Deadlock），即多个进程互相等待对方释放资源，导致系统无法继续运行。为了避免死锁，Dijkstra于1965年提出了银行家算法（Banker's Algorithm）。本文将详细介绍银行家算法的原理、实现步骤以及应用场景。

什么是银行家算法？

银行家算法是一种死锁避免算法，通过模拟资源分配过程，判断系统是否处于安全状态，从而决定是否分配资源。其核心思想是：在分配资源之前，检查分配后系统是否仍然处于安全状态，如果是，则分配资源；否则，拒绝分配。

算法名称来源于银行家的借贷行为：银行家在放贷时需要确保手头有足够的资金满足所有客户的提款需求，避免资金链断裂。

银行家算法的基本概念

1. 资源与进程

资源：系统中有限的资源，如内存、CPU时间片、I/O设备等。
进程：需要使用资源的任务。

2. 数据结构

银行家算法依赖于以下数据结构：

Available：一个长度为m的数组，表示系统中每类资源的可用数量。
Max：一个n x m的矩阵，表示每个进程对每类资源的最大需求。
Allocation：一个n x m的矩阵，表示当前已分配给每个进程的资源数量。
Need：一个n x m的矩阵，表示每个进程还需要的资源数量，计算公式为：Need[i][j] = Max[i][j] - Allocation[i][j]。

3. 安全状态

系统处于安全状态的条件是：存在一个进程执行序列，使得每个进程都能获得所需的资源并顺利完成，不会导致死锁。

银行家算法的步骤

1. 初始化

输入系统的资源总量、每个进程的最大需求、已分配资源等信息。
计算Need矩阵。

2. 安全性检查

检查系统是否处于安全状态：
1. 初始化Work数组为Available，Finish数组为False。
2. 找到一个满足以下条件的进程i：
  - Finish[i] = False。
  - Need[i] <= Work（即该进程所需的资源小于等于当前可用资源）。
3. 假设进程i获得资源并完成，释放其占用的资源：
  - Work = Work + Allocation[i]。
  - Finish[i] = True。
4. 重复步骤2-3，直到所有进程都完成（Finish数组全为True），则系统处于安全状态。

3. 资源请求处理

当进程i请求资源时：
1. 检查请求是否小于等于Need[i]，否则拒绝请求。
2. 检查请求是否小于等于Available，否则让进程等待。
3. 假设分配资源，更新Available、Allocation和Need。
4. 执行安全性检查：
  - 如果系统仍处于安全状态，则分配资源。
  - 否则，撤销分配并让进程等待。