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概念背景及相关概念介绍数据结构模拟过程

概念

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。

背景及相关概念介绍

在银行中，客户申请贷款的数量是有限的，每个客户在第一次申请贷款时要声明完成该项目所需的最大资金量，在满足所有贷款要求时，客户应及时归还。银行家在客户申请的贷款数量不超过自己拥有的最大值时，都应尽量满足客户的需要。在这样的描述中，银行家就好比操作系统，资金就是资源，客户就相当于要申请资源的进程。 银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。在避免死锁方法中允许进程动态地申请资源，但系统在进行资源分配之前，应先计算此次分配资源的安全性，若分配不会导致系统进入不安全状态，则分配，否则等待。

安全状态：如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1，…，Pn，则系统处于安全状态。安全状态一定是没有死锁发生。安全序列：是指一个进程序列{P1，…，Pn}是安全的，即对于每一个进程Pi(1≤i≤n），它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj (j < i )当前占有资源量之和。

比如：有进程{p1, p2, p3, p4}，当前占有的资源量为{w1, w2, w3, w4}，对应还需要的资源量{n1, n2, n3, n4}，系统还剩资源 {v}。若{v>=n1; v+w1>=n2; v+w1+w2>=n3; v+w1+w2+w3>=n4}，则{p1, p2, p3, p4}就是一个安全序列，因为v大于n1，进程p1可以执行；进程p1归还资源后，v+w1>=n2，进程p2也可以执行，以此类推，那么所有的进程都可以执行完。

不安全状态：不存在一个安全序列。不安全状态不一定导致死锁。

数据结构

可利用资源向量Available：是个含有m个元素的数组，其中的每一个元素代表一类可利用的资源数目。如果Available[j]=K，则表示系统中现有Rj类资源K个。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。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Rj类资源的 数目为K。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Rj类资源K个，方能完成其任务。Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]

模拟过程

如果系统中有4中类型的资源（A,B,C,D）和5个进程（P1,P2,P3,P4,P5），4种资源的数量分别为（3，12，14，14）. 若现在某时刻系统状态如下： 现在判断是否存在一种安全序列，使得每个进程都能先后成功执行完毕。 通过计算可得：此时系统资源还剩余（1，6，2，2）.（剩余 = 总资源 - 已分配资源之和） （下次可利用资源 = 该进程已分配资源 + 当前可利用资源） 若当前可利用资源 >= 进程还需要资源量，则进程可以执行，为安全状态；反之不安全 通过上述表格可以看出，可以找到一个安全序列使程序执行完毕(注：安全队列不唯一，只要能找到一个就算是安全队列)