银行家算法 课程设计

### 银行家算法课程设计详解 #### 一、算法背景与意义 银行家算法是一种经典的预防死锁发生的算法，由著名的计算机科学家 Edsger Dijkstra 在 1965 年提出。该算法主要应用于多进程共享有限资源的场景下，通过对资源分配策略的控制来避免死锁的发生。在操作系统领域，尤其是在并发处理和多任务环境中，银行家算法具有重要的理论和实践价值。 #### 二、核心数据结构 银行家算法涉及几个关键的数据结构： 1. **可利用资源向量 (Available)** - 描述系统当前可用的各种资源的数量。 2. **最大需求矩阵 (Max)** - 每个进程所可能需要的最大资源数量。 3. **分配矩阵 (Allocation)** - 当前已经分配给各个进程的资源数量。 4. **需求矩阵 (Need)** - 进程还需要多少资源才能完成任务，即 `Need = Max - Allocation`。 #### 三、算法流程 银行家算法主要包括两个部分：资源请求处理和安全性检查。 ##### 1. 资源请求处理 当一个进程请求资源时，系统会按照以下步骤处理： 1. **需求验证** - 检查请求的资源是否不超过进程所需的最大资源量。 2. **可用性验证** - 检查系统是否有足够的资源满足当前请求。 3. **试探分配** - 如果以上两个条件都满足，则临时分配资源给请求的进程。 4. **安全性检查** - 执行安全性算法，确保分配后的状态仍然是安全的。 - 如果是安全的，则正式分配资源；如果不安全，则拒绝请求并释放试探分配的资源。 ##### 2. 安全性检查 安全性检查的主要步骤如下： 1. **初始化工作向量 (Work) 和完成标志向量 (Finish)** - `Work = Available`：表示系统可以提供的资源数量。 - 初始化 `Finish` 向量，假设所有进程均未完成。 2. **循环检查** - 遍历所有进程，寻找可以安全完成的进程。 - 对于每个进程 `P`： - 如果进程 `P` 的 `Finish` 标志为 `false` 且 `Need <= Work`： - 将资源分配给进程 `P`，更新 `Work`。 - 设置 `Finish[P] = true`。 - 继续寻找下一个可以完成的进程。 - 如果所有进程的 `Finish` 标志均为 `true`，则表明整个系统处于安全状态。 - 如果找不到任何可以完成的进程，则表明系统处于不安全状态。 #### 四、示例代码分析 下面给出的是一个简单的 C++ 实现示例，用于演示如何应用银行家算法。 ```cpp #include <iostream> #include <fstream> #include <stdlib.h> #include "windows.h" #define MAX_PROCESS 32 // 最大进程数 #define MAX_COURCE 64 // 最大资源类别 int MAX_FACT_PROCESS; // 实际总进程数 int MAX_FACT_COURCE; // 实际资源类别数 int Available[MAX_COURCE]; // 可利用资源向量 int Max[MAX_PROCESS][MAX_COURCE]; // 最大需求矩阵 int Allocation[MAX_PROCESS][MAX_COURCE]; // 分配矩阵 int Need[MAX_PROCESS][MAX_COURCE]; // 需求矩阵 int Request_PROCESS; // 发出请求的进程 int Request_COURCE; // 被请求资源类别 int Request_COURCE_NEMBER; // 请求资源数 // ... 其他代码 ... ``` #### 五、总结 通过上述介绍可以看出，银行家算法通过精确地管理资源分配和请求，有效地避免了死锁的发生。对于学习操作系统原理的学生来说，掌握银行家算法是非常重要的，它不仅有助于理解并发编程中的资源管理问题，而且还能为实际开发中的资源调度提供理论支持。此外，通过编写和调试相关的代码，还可以加深对算法原理的理解，并提升自己的编程能力。