操作系统实验之银行家算法

包含例子及相关代码 银行家算法 一，实验目的 1，掌握银行家安全性算法和资源请求算法的原理 2，掌握银行家算法的实现方法 二，基本概念 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。为实现银行家算法，系统必须设置若干数据结构。 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。 操作系统中的银行家算法是一种用于预防死锁的策略，它的核心思想是通过预先分配资源和安全性检查来确保系统不会进入死锁状态。以下是对银行家算法的详细解释： 1. **算法原理**： - **资源分配**：在操作系统中，进程可以动态申请资源，但系统在分配前会进行安全性检查。这类似于银行家会评估客户的贷款申请，以确保即使所有客户都同时要求最大的贷款额度，银行也不会破产。 - **最大需求**：每个进程在启动时会声明其最大资源需求，即最大可能的资源申请量。 - **当前需求**：进程运行过程中，会根据实际需要请求资源，这由`Need`矩阵表示，即进程还需要多少资源才能完成。 - **已分配资源**：`Allocation`矩阵表示每个进程当前已经分配到的资源。 - **系统可用资源**：`Available`数组表示当前系统中未被分配的资源总量。 2. **安全性检查**： - **安全序列**：如果存在一个顺序（安全序列），使得按照这个顺序，每个进程都能完成，那么系统就是安全的。具体来说，对于每个进程Pi，它的后续需求不超过系统当前剩余资源加上前面所有进程Pj（j < i）的资源占用之和。 3. **程序实现**： - **代码示例**：提供的代码片段展示了银行家算法的一个简单实现，包括资源申请、资源分配以及安全性检查的逻辑。`Applydata`函数处理进程的资源申请，`Check`函数执行安全性检查，`Showdata`函数用于展示当前资源状态。 - **申请资源**：当进程申请资源时，需检查申请是否小于等于系统可用资源(`Request ≤ Available`)，且申请不会导致系统不安全。如果满足条件，更新`Available`、`Need`和`Allocation`矩阵。 - **安全性检查**：在`Check`函数中，通过模拟所有进程的执行，寻找是否存在安全序列。如果找到，系统是安全的，否则拒绝资源分配并回滚更改。 4. **数据结构**： - **Max**矩阵存储每个进程的最大资源需求。 - **Allocation**矩阵记录已分配给每个进程的资源。 - **Need**矩阵表示每个进程还需要多少资源才能完成，计算为`Max - Allocation`。 - **Available**数组表示系统当前的可用资源。 5. **避免死锁**： - 银行家算法通过预先分配和安全性检查避免死锁，而非检测死锁后尝试恢复，这降低了系统出现死锁的风险。 6. **实验目标**： - 实验的目的是理解银行家算法的原理，掌握其资源请求和安全性算法的实现，并能够编写相关代码来模拟算法的执行。 通过以上介绍，我们可以看到银行家算法在操作系统中的重要作用，它是预防死锁的一种有效手段，通过合理的资源管理和分配策略，确保系统的稳定性和安全性。在实际应用中，银行家算法常被用于多任务调度和资源管理，尤其是在资源竞争激烈的环境中。