银行家算法课件
操作系统 银行家算法
操作系统银行家算法1. 简介1.1 定义：银行家算法是一种用于避免死锁的资源分配策略，通过判断当前状态是否安全来决定是否为进程提供所需资源。
1.2 目的：保证系统能够按照合理顺序进行并发执行，并防止出现死锁情况。
2. 死锁概述在多道程序环境下，当两个或更多进程因竞争有限数量的资源而无限等待时就会产生死锁。
常见原因包括互斥、占有和不可剥夺性以及循环等待条件。
3. 资源管理模型操作系统中使用了三类数据结构：- 可利用向量(Avlable)：表示每种类型可被分配给各个进程实例数目；- 最大需求矩阵(Maximum)：记录每个进程对某类资源最大需要量；- 分配矩阵(Allocation) ：描述已经成功地将某些单位从总体汇集转移到具体过渡态；4. 进展与请求检查流程（Safety Algorithm）当一个新任务到达后，在满足以下所有条件之前不能接受它: a）如果存在这样一个i使得Request[i] > Need[i]，则拒绝请求；b）如果存在这样一个i使得Request[i] > Avlable，则不接受该进程的资源申请。
5. 安全状态检查流程（Safety Algorithm）当新任务到达后，在满足以下所有条件之前不能接受它:a) 如果有某个j, 且Work[j]<Need_i[j], 则将p加入集合T中;b) 若对于每个p∈ T 都有Allocation[p]+ Work >= Need_p ，将p从T移到Finish，并释放其占用的全部资源。
6. 算法实现步骤1）初始化：定义Avlable、Max和Allocation矩阵以及Need数组；2）判断是否安全：使用银行家算法进行系统当前状态下是否会发生死锁的判断；3）处理用户请求：- 检查用户请求所需资源量与可利用向量(Avlable)比较，如大于可利用向量或者超过最大需求(Maximum)，则拒绝分配给该进程；- 分配成功时更新相关数据结构(如Avlable、Allocation等);4）回收已完成进程所占据的资源并重新计算各项指标值。
操作系统实验二：银行家算法
操作系统实验⼆：银⾏家算法实验⼆银⾏家算法⼀、实验⽬的1、了解什么是操作系统安全状态和不安全状态；2、了解如何避免系统死锁；3、理解银⾏家算法是⼀种最有代表性的避免死锁的算法，掌握其实现原理及实现过程。
⼆、实验内容根据银⾏家算法的基本思想，编写和调试⼀个实现动态资源分配的模拟程序，并能够有效避免死锁的发⽣。
三、实验原理进程申请资源时，系统通过⼀定的算法判断本次申请是否不可能产⽣死锁（处于安全状态）。
若可能产⽣死锁（处于不安全状态），则暂不进⾏本次资源分配，以避免死锁。
算法有著名的银⾏家算法。
1、什么是系统的安全状态和不安全状态？所谓安全状态，是指如果系统中存在某种进程序列＜P1，P2，…，Pn＞，系统按该序列为每个进程分配其所需要的资源，直⾄最⼤需求，则最终能使每个进程都可顺利完成，称该进程序列＜P1，P2，…，Pn，＞为安全序列。
如果不存在这样的安全序列，则称系统处于不安全状态。
2、银⾏家算法把操作系统看作是银⾏家，操作系统管理的资源相当于银⾏家管理的资⾦，进程向操作系统请求分配资源相当于⽤户向银⾏家贷款。
为保证资⾦的安全，银⾏家规定:(1) 当⼀个顾客对资⾦的最⼤需求量不超过银⾏家现有的资⾦时就可接纳该顾客;(2) 顾客可以分期贷款，但贷款的总数不能超过最⼤需求量;(3) 当银⾏家现有的资⾦不能满⾜顾客尚需的贷款数额时,对顾客的贷款可推迟⽀付,但总能使顾客在有限的时间⾥得到贷款;(4) 当顾客得到所需的全部资⾦后,⼀定能在有限的时间⾥归还所有的资⾦。
操作系统按照银⾏家制定的规则设计的银⾏家算法为：（1）进程⾸次申请资源的分配：如果系统现存资源可以满⾜该进程的最⼤需求量，则按当前的申请量分配资源，否则推迟分配。
（2）进程在执⾏中继续申请资源的分配：若该进程已占⽤的资源与本次申请的资源之和不超过对资源的最⼤需求量，且现存资源能满⾜该进程尚需的最⼤资源量，则按当前申请量分配资源，否则推迟分配。
（3）⾄少⼀个进程能完成：在任何时刻保证⾄少有⼀个进程能得到所需的全部资源⽽执⾏到结束。
《实验7银行家算法》课件
系统资源分配与回收
当进程请求资源时，系统需要判断资 源的分配是否会导致系统进入不安全 状态。
在回收资源时，系统需要确保不会导 致死锁的发生。
如果安全，则分配资源；如果不安全 ，则撤销已分配的资源并让进程等待 。
死锁的检测与避免
1
死锁是指系统中出现的一种状态，在该状态下， 每个进程都在等待其他进程释放资源，从而导致 所有进程都无法继续执行。
测试案例不够全面
在测试算法时，我只使用了几个简单的测试案例，可能没有覆盖到 所有可能的场景。
缺乏对算法的深入分析
在实验过程中，我可能没有对算法进行深入的理论分析，导致对算 法的理解不够深入。
银行家算法在实际应用中的思考
01
02
03
安全性考虑
在实际应用中，银行家算 法可以帮助我们在分配资 源时避免死锁，提高系统 的安全性。
死锁的检测结果
总结词：结果呈现
详细描述：通过死锁的检测结果，可以了解系统在运 行过程中是否出现了死锁情况，以及死锁发生的条件 和位置，从而对算法的性能和效果进行评估。
05 实验总结与思考
CH家算法的基本原理
01
通过实验，我深入理解了银行家算法是如何工作的，包括安全
04 实验结果与分析
CHAPTER
系统状态变化图
总结词：直观展示
详细描述：通过系统状态变化图，可以清晰 地观察到系统在运行银行家算法过程中的资 源分配情况，以及随着时间推移系统状态的
变化趋势。
安全序列的生成
总结词：关键步骤
详细描述：安全序列的生成是银行家算法的核心步骤之一，通过安全序列的生成 ，可以确保系统在分配资源时始终处于安全状态，避免死锁的发生。
更新资源的状态，包括可用资 源数和已分配资源数。
死锁与银行家算法介绍PPT课件( 30页)
进程 最大需求 已分配
P1
10
5
P2
4
2
P3
9
2
问：T0时刻是否安全？
可用 3
3) 由安全状态向不安全状态的转换
如果不按照安全序列分配资源，则系统可能会 由安全状态进入不安全状态。
例如，在T0时刻以后，P3又请求1台磁带机， 若此时系统把剩余3台中的1台分配给P3，则系统便 进入不安全状态。 因为，此时也无法再找到一个 安全序列， 例如，把其余的2台分配给P2，这样， 在P2完成后只能释放出4台，既不能满足P1尚需5台 的要求，也不能满足P3尚需6台的要求，致使它们 都无法推进到完成，彼此都在等待对方释放资源， 即陷入僵局，结果导致死锁。
进程A、 B对资源的请求和释放
由于进程的调度是独立的， 请求和释放操作可按 如下序列进行：
① Ar1, Ar2, Ar3, Ar4, Br1, Br2, Br3, Br4
② Br1, Br2, Br3, Br4, Ar1, Ar2, Ar3, Ar4
③ Ar1, Ar2 .Br1, Ar3, Ar4, Br2, Br3, Br4
(1) 如果Requesti［j］≤Need［i,j］，便转向步骤2； 否则认为出错，因为它所需要的资源数已超过它所宣布 的最大值。
(2) 如果Requesti［j］≤Available［j］，便转向步骤 (3)；否则， 表示尚无足够资源，Pi须等待。
(3) 系统试探着把资源分配给进程Pi，并修改下面数据3)安Leabharlann 性算法(1) 设置两个向量：
④ Ar1, Br1, Ar2, Br2, Ar3, Ar4, Br3, Br4
对序列①②③三个进程都 能顺利进行，④则会 产生死锁。
银行家算法
个进程都可顺序完成。若系统不存在这
样一个序列，则称系统处于不安全状态。 如果存在，则称序列<P1 ，…，Pn>为安 全序列。
说 明
• 并非所有的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，便有可能进入死锁。
• 安全状态一定是没有死锁发生的。
• 避免死锁的实质：系统进行资源分配 时，如何使系统不进入不安全状态。
请Байду номын сангаас后，系统按下述步骤进行检查：
(1) 如果Requesti［j］≤Need［i,j］，便转向步骤2；
否则认为出错，因为它所需要的资源数已超过它所宣布
的最大值。 (2) 如果Requesti［j］≤Available［j］，便转向步骤 (3)；否则， 表示尚无足够资源，Pi须等待。
(3) 系统试探着把资源分配给进程Pi，并修改下面数据
问：T0时刻是否安全？
3) 由安全状态向不安全状态的转换
如果不按照安全序列分配资源，则系统可能会 由安全状态进入不安全状态。 例如，在T0 时刻以后，P3 又请求1台磁带机， 若此时系统把剩余3台中的1台分配给P3，则系统便 进入不安全状态。 因为，此时也无法再找到一个 安全序列， 例如，把其余的2台分配给P2，这样， 在P2完成后只能释放出4台，既不能满足P1尚需5台 的要求，也不能满足P3 尚需6台的要求，致使它们 都无法推进到完成，彼此都在等待对方释放资源， 即陷入僵局，结果导致死锁。 P3的请求应拒绝。
2) 安全状态之例
假定系统中有三个进程P1 、 P2 和P3 ，共有12台磁带机。
进程P1总共要求10台磁带机，P2和P3分别要求4台和9台。假 设在T0 时刻，进程P1 、P2 和P3 已分别获得5台、2台和2台磁 带机，尚有3台空闲未分配，如下表所示： 进程 P1 P2 P3 最大需求 10 4 9 已分配 5 2 2 可用 3
操作系统实验之银行家算法
操作系统实验之银行家算法操作系统实验——银行家算法一、实验目的1、理解银行家算法。
2、掌握进程安全性检查的方法与资源分配的方法。
二、实验内容与基本要求编制模拟银行家算法的程序，并以下面给出的例子验证所编写的程序的正确性。
现在系统中A、B、C、D 4类资源分别还剩1、5、2、0个，请按银行家算法回答：1、现在系统是否处于安全状态?2、如果现在进程P1提出需要0、4、2、0个资源的请求，系统能否满足它的请求?三、实验报告内容1、银行家算法和安全性检查算法原理银行家算法：银行家算法最初级原为银行系统设计，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需要的情况。
在OS设计中，也可以用它来避免死锁。
为实现银行家算法，每个新进程在进入系统时它必须申明在运行过程中，可能需要的每种资源类型的最大单元数目，其数目不应超过系统所拥有的资源总量。
当某一进程请求时，系统会自动判断请求量是否小于进程最大所需，同时判断请求量是否小于当前系统资源剩余量。
若两项均满足，则系统试分配资源并执行安全性检查算法。
安全性检查算法 :安全性检查算法用于检查系统进行资源分配后是否安全，若安全系统才可以执行此次分配;若不安全，则系统不执行此次分配。
安全性检查算法原理为：在系统试分配资源后，算法从现有进程列表寻找出一个可执行的进程进行执行，执行完成后回收进程占用资源;进而寻找下一个可执行进程。
当进程需求量大于系统可分配量时，进程无法执行。
当所有进程均可执行，则产生一个安全执行序列，系统资源分配成功。
若进程无法全部执行，即无法找到一条安全序列，则说明系统在分配资源后会不安全，所以此次分配失败。
2、程序流程图3、程序及注释#include////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //全局变量定义int Available[100]; //可利用资源数组int Max[50][100]; //最大需求矩阵int Allocation[50][100]; //分配矩阵int Need[50][100]; //需求矩阵int Request[50][100]; //M个进程还需要N类资源的资源量int Finish[50];int p[50];int m,n; //M个进程,N类资源///////////////////////////////////////////////////////////////////////// //安全性算法int Safe{int i,j,l=0;int Work[100]; //可利用资源数组for i=0;iWork[i]=Available[i];for i=0;iFinish[i]=0;for i=0;i{if Finish[i]==1continue;else{for j=0;j{if Need[i][j]>Work[j]break;}if j==n{Finish[i]=1;forint k=0;kWork[k]+=Allocation[i][k]; p[l++]=i;i=-1;}else continue;}if l==m{cout<<"系统是安全的"<<'\n'; cout<<"系统安全序列是:\n"; for i=0;i{cout<if i!=l-1cout<<"-->";}cout<<'\n';return 1;}}}////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /////银行家算法int main{int i,j,mi;cout<<"输入进程的数目:\n";cin>>m;cout<<"输入资源的种类:\n";cin>>n;cout<<"输入每个进程最多所需的各类资源数,按照"<for i=0;iforj=0;jcin>>Max[i][j];cout<<"输入每个进程已经分配的各类资源数,按照"<for i=0;i{forj=0;j{cin>>Allocation[i][j];Need[i][j]=Max[i][j]-Allocation[i][j];if Need[i][j]<0{cout<<"你输入的第"<j--;continue;}}}cout<<"请输入各个资源现有的数目:\n";for i=0;icin>>Available[i];Safe;while 1{cout<<"输入要申请的资源的进程号：第一个进程号为0，第二个进程号为1，依此类推\n";cin>>mi;cout<<"输入进程所请求的各个资源的数量\n";for i=0;icin>>Request[mi][i];for i=0;i{if Request[mi][i]>Need[mi][i]{cout<<"所请求资源数超过进程的需求量!\n";return 0;}if Request[mi][i]>Available[i]{cout<<"所请求资源数超过系统所有的资源数!\n"; return 0;}}for i=0;i{Available[i]-=Request[mi][i];Allocation[mi][i]+=Request[mi][i];Need[mi][i]-=Request[mi][i];}if Safecout<<"同意分配请求\n";else{cout<<"SORRY╮╯▽╰╭……你的请求被拒绝…\n"; for i=0;iAvailable[i]+=Request[mi][i];Allocation[mi][i]-=Request[mi][i];Need[mi][i]+=Request[mi][i];}}for i=0;iFinish[i]=0;char Flag; //标志位cout<<"是否再次请求分配?是请按Y/y，否请按N/n"; while 1{cin>>Flag;if Flag=='Y'||Flag=='y'||Flag=='N'||Flag=='n' break;else{cout<<"请按要求重新输入:\n";continue;}}if Flag=='Y'||Flag=='y'continue;else break;}4、运行结果以及结论图示为题目所给定的条件下的程序运行结果。
银行家算法
2
5 5 4 4
1
0 0 2 1
3
0 2 1
4
6 0 1 0
P4 P5 P1 P2
P3
(3)在T0时刻P4请求[2，0，1]能否实施分配？为什么？
在T0时刻系统剩余资源为[2,3,3]大于P4的剩余最大需求 [2,2,1] ， 且 P4 现 在 请 求 [2,0,1] 加 上 T0 时 刻 前 已 分 配 [2,0,4]也没有超过其最大需求max[4,2,5]，因此系统可以
请资源，系统在进行资源分配之前，先计
算资源分配的安全性。若此次分配不会导
致系统进入不安全状态，便将资源分配给
进程；否则进程等待。
操 作 系 统 分 配 资 源 过 程 示 意 图
进程P首次请求分配k个资源 系统现存资源>=进程 P对资源最大需求m？ 是 给进程P分配k个资源 推迟分配 否
进程P又请求分配h个资源
available A BP5
4
4
2
2
5
4
2
3 15
0
1
4
4
2
1
2
1
1
0
2 17
(1)T0时刻是否为安全状态？若是则
给出安全序列。
资源总数：[17，5，20]
进程
A P1 5 max B 5 C 9 allocation A 2 B 1 C 2 A 3 need B 4 C 7
1: <P4,P5,P1,P2,P3> 2: <P4,P5,P1,P3,P2> 3: <P4,P5,P2,P1,P3> 4: <P4,P5,P2,P3,P1> 5: <P4,P5,P2,P3,P1> 6: <P4,P5,P3,P2,P1> 7: <P4,P2,P3,P5,P1> 8: <P4,P2,P5,P3,P1> 9: <P4,P2,P5,P1,P3> 10:<P4,P3,P2,P5,P1> 11:<P4,P3,P5,P1,P2> 12:<P4,P3,P5,P2,P1>
实验3 银行家算法
实验三银行家算法一、实验目的模拟银行家算法，用银行家算法实现资源分配二、实验内容写程序用银行家算法判断系统能否将资源分配给它；（2）若进程P2提出请求Request(0，1，0)，用银行家算法程序验证系统能否将资源分配给它。
#include<stdio.h>#include<string.h>#define RESOURCE 3#define PRO 5class Process{public :int max[RESOURCE];int allocation[RESOURCE];int need[RESOURCE];int request[RESOURCE];//对资源第一次分配void Inital(int index,int allo,int n){allocation[index] = allo;need[index] = n;}//某个进程需要资源void Request(int index,int req){request[index] = req;}};//检测安全性bool Safe(int work[],Process pro[]){bool finish[PRO];for(int i=0;i<PRO;i++){finish[i] =false;}int j=0; //用来表示资源下标int k=0;int index[PRO];for(i=0;i<PRO-1;i++){for(int m=0;m<PRO;m++){if(work[j] >= pro[m].need[j] && work[j+1] >= pro[m].need[j+1]&& work[j+2] >= pro[m].need[j+2] && finish[m] == false){finish[m] = true;index[k++] = m;for(int j=0;j<RESOURCE;j++){work[j] = work[j] + pro[m].allocation[j];}}}for(i=0;i<PRO;i++){if(finish[i] ==false){printf("该申请资源数量不合法，不存在安全序列~\n");return false;}}printf("该进程申请的资源数量合法，其安全序列为：\n{");for(i=0;i<PRO;i++){{printf(" p%d;",index[i]);}}printf("}\n");return true;}//用来比较所申请的资源是否满足要求bool Compare(int index,int avaliable[],Process pro[]){for(int i=0;i<RESOURCE;i++){if(pro[index].need[i] < pro[index].request[i] || avaliable[i] < pro[index].request[i])return false;}return true;}//void Require(int index, bool check,int avaliable[], Process pro[]){if(check == false){printf("第一次分配资源造成死锁，不合理。
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我们可以把操作系统看作是银行家，操作系统管 理的资源相当于银行家管理的资金，进程向操作系统 请求分配资源相当于用户向银行家贷款。操作系统按 照银行家制定的规则为进程分配资源，当进程首次申 请资源时，要测试该进程对资源的最大需求量，如果 系统现存的资源可以满足它的最大需求量则按当前的 申请量分配资源，否则就推迟分配。当进程在执行中 继续申请资源时，先测试该进程已占用的资源数与本 次申请的资源数之和是否超过了该进程对资源的最大 需求量。若超过则拒绝分配资源，若没有超过则再测 试系统现存的资源能否满足该进程尚需的最大资源量， 若能满足则按当前的申请量分配资源，否则也要推迟 分配。
2，0，1，2
P4
4，3，6，6
P5
4，6，9，8
• P5执行后，不能继续执行下去，则该状态不安全，系统将拒绝资源请求。
1.4银行家算法的实现
1.3银行家算法
3) Work:=Work+Allocation[i]; Finish[i]:=true; 转(1)
(4) 若对所有i,Finish[i]=true,则系统处 于安全状态，否则处于不安全状态
1.3银行家算法
例题：假设某系统中有4个 资源(R1、R2、R3、R4)， 在某个时刻系பைடு நூலகம்中共有5个
进程等待
1.3银行家算法
为进行安全性检查，定义数据结构： Work:ARRAY[1..m] of integer; Finish:ARRAY[1..n] of Boolean; 安全性检查的步骤： (1) Work:=Available;
Finish:=false; (2) 寻找满足条件的i：
a.Finish[i]=false; b.Need[i]≤Work; 如果不存在，则转(4)
（1）若Request[i]≤Need[i],转（2）； 否则错误返回
（2）若Request[i]≤Available, 转（3）；否则进程等待
1.3银行家算法
(3）假设系统分配了资源，则有： Available:=Available-Request[i]; Allocation[i]:=
Allocation[i]+Request[i]; Need[i]:=Need[i]-Request[i] 若系统新状态是安全的，则分配完成 若系统新状态是不安全的，则恢复原状态，
0,0,0,0
P2 2,0,0,0 2,7,5,0
0,7,5,0
P3 0,,3,4
6,6,5,6
6,5,2,2
P4 2,3,5,4 4,3,5,6
2,0,0,2
P5 0,3,3,2 0,6,5,2
0,3,2,0
1.3银行家算法
则新的执行过程如下表所示：
进程
可用资源数（剩余资源数+已分配资源数）
P1
2，1，1，2
P4
4，4，6，6
P5
4，7，9，8
P2
P3
• 则该状态是安全的
6，7，9，8 6，7，12，12
1.3银行家算法
（2）假设P3发出资源请求（0，1，0，0），系统分配给它，则系统还剩 余资源（2，0，0，0），并且状态如下表所示：
进程 已分配资 最大资源需求 仍需要资源 源
P1 0,0,1,2 0,0,1,2
进程 已分配 资源
进程，进程P1，P2，P3， P4，P5的最大资源需求数
P1
0,0,1,2
向量和此时已经分配到的 资源数向量分别如表所示：
P2
2,0,0,0
系统中当前可用资源向量 为（2，1，0，0），问：
P3 0,0,3,4
（1）当前系统是否安全 ? P4
（2）如果进程p3发出资源
请求向量（0，1，0，0）， P5
(安全状态一定是没有死锁发生的)
1.3银行家算法
n：系统中进程的总数 m：资源类总数 Available:
ARRAY[1..m] of integer; Max:
ARRAY[1..n,1..m] of integer;
1.3银行家算法
Allocation: ARRAY[1..n,1..m] of integer;
1.2银行家算法的用途
银行家算法是一种用来避免死锁的算法。
1.2.1死锁的定义
一组进程中，每个进程都无限等待 被该组进程中另一进程所占有的资源， 因而永远无法得到的资源，这种现象 称为进程死锁，这一组进程就称为死 锁进程。
1.2.2死锁的避免
定义： 在系统运行过程中，对进程发出的每
一个系统能够满足的资源申请进行动 态检查，并根据检查结果决定是否分 配资源，若分配后系统可能发生死锁， 则不予分配，否则予以分配。
P2 2,0,0,0 2,7,5,0
0,7,5,0
P3 0,0,3,4 6,6,5,6
6,6,2,2
P4 2,3,5,4 4,3,5,6
2,0,0,2
P5 0,3,3,2 0,6,5,2
0,3,2,0
1.3银行家算法
则存在以下执行序列，执行过程列表如下：
进程 P1
可用资源数（剩余资源数+已分配资 源数）
系统能否将资源分配给它？
2,3,5,4 0,3,3,2
最大资 源需求
0,0,1,2 2,7,5,0 6,6,5,6
4,3,5,6 0,6,5,2
1.3银行家算法
解：（1）调整表格如下：可用资源（2，1，0，0）
进程 已分配资源 最大资源需 仍需要资源 求
P1 0,0,1,2 0,0,1,2
0,0,0,0
1.2.2死锁的避免
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。
不安全状态:不存在一个安全序列。不安全 状态一定导致死锁。
1.2.2死锁的避免
安全序列： 一个进程序列{P1，…，Pn}是安全的，如果对于每一个进程 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，系统处 于安全状态。
Need: ARRAY[1..n,1..m] of integer;
Request: ARRAY[1..n,1..m] of integer;
1.3银行家算法
简记符号： Available[i] Max[i] Allocation[i] Need[i] Request[i]
1.3银行家算法
当进程pi提出资源申请时，系统执行下 列步骤：