银行家算法解决死锁
银行家算法
操作系统银行家算法课后作业一、实验目的加深对多实例资源分配系统中死锁避免方法——银行家算法的理解，掌握Windows 环境下银行家算法的实现方法。
强调对于资源的管理、申请、比较来避免出现死锁的情况，保证系统的正常运行。
二、实验内容1.在Windows 操作系统上，利用DEVC++编写应用程序实现银行家算法。
2.创建n 个线程来申请或释放资源，只有保证系统安全，才会批准资源申请。
三、实验步骤（一）设计思路：银行家算法可分为个主要的功能模块，其描述如下：1.初始化由用户输入数据，分别对运行的进程数、总的资源种类数、总资源数、各进程所需要的最大资源数量（Max），已分配的资源数量赋值。
2.安全性检查算法(1)设置两个工作向量Work=AVAILABLE;FINISH=false;(2)从进程集合中找到一个满足下述条件的进程，FINISH==false;NEED<=Work;如找到，执行(3)；否则，执行(4)(3)设进程获得资源，可顺利执行，直至完成，从而释放资源。
Work+=ALLOCATION;Finish=true;(4).如所有的进程Finish= true，则表示安全；否则系统不安全。
3. 银行家算法在避免死锁的方法中，所施加的限制条件较弱，有可能获得令人满意的系统性能。
在该方法中把系统的状态分为安全状态和不安全状态，只要能使系统始终都处于安全状态，便可以避免发生死锁。
银行家算法的基本思想是分配资源之前,判断系统是否是安全的;若是,才分配。
它是最具有代表性的避免死锁的算法。
设进程j提出请求REQUEST [i]，则银行家算法按如下规则进行判断。
(1).如果REQUEST [j] [i]<= NEED[j][i]，则转(2)；否则，出错。
(2).如果REQUEST [j] [i]<= AVAILABLE[j][i]，则转(3)；否则，出错。
(3).系统试探分配资源，修改相关数据：AVAILABLE[i]-=REQUEST[j][i];ALLOCATION[j][i]+=REQUEST[j][i];NEED[j][i]-=REQUEST[j][i];用到的数据结构：实现银行家算法要有若干数据结构，它们用来表示资源分配系统的状态。
银行家算法典型例题
银行家算法典型例题银行家算法是一种死锁避免策略，适用于系统中有多个进程和多种资源的情况。
在该算法中，每个进程需要预先声明其最大资源需求和当前已经分配的资源数量，同时系统也需要知道每种资源的总数量和已经分配的数量。
通过比较每个进程的资源需求和系统当前可用资源数量，可以判断系统是否处于安全状态，以及是否能够分配资源给某个进程。
在本例中，系统中有3种资源A、B、C，分别有10、5、7个。
同时有5个进程P0至P4，它们的最大资源需求和已分配资源情况如下表所示。
在T0时刻，系统状态如表所示。
根据银行家算法，我们可以回答以下问题：1) 在T0时刻，系统处于安全状态，安全序列为P1、P3、P4、P2、P0.2) 若进程P1在T0时刻发出资源请求Request(1,0,2)，则可以实施资源分配。
因为该请求的资源需求小于进程P1的最大需求，且系统当前可用资源数量足够满足该请求。
3) 在P1请求资源之后，若进程P4发出资源请求Request(3,3,0)，则无法实施资源分配。
因为该请求的资源需求大于进程P4的最大需求，且系统当前可用资源数量不足以满足该请求。
因此，P4需要等待其他进程释放资源后再尝试请求。
4) 在P1请求资源之后，若进程P0发出资源请求Request(0,2,0)，则可以实施资源分配。
因为该请求的资源需求小于进程P0的最大需求，且系统当前可用资源数量足够满足该请求。
Process n Need AvailableP0 0 3 20 0 1 21 6 2 2P1 1 0 01 7 5 0P2 1 2 2 3 5 6P3 3 3 20 6 5 2P4 0 1 40 6 5 6n: (1) Is the system in a safe state。
(2) If process P2 requests (1,2,2,2)。
can the system allocate the resources to it?Answer: (1) Using the safety algorithm。
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。
预防死锁的三种方法
预防死锁的三种方法在计算机科学中，死锁是指两个或多个进程无限期地等待对方持有的资源，从而导致程序无法继续执行的情况。
为了有效预防死锁的发生，我们可以采取以下三种方法：1. 银行家算法。
银行家算法是一种死锁避免的方法，它通过动态地分配资源，以避免进程进入不安全状态，从而避免死锁的发生。
在银行家算法中，系统会维护一个资源分配表和一个进程的最大需求表，通过比较系统当前的资源分配情况和进程的最大需求来判断是否可以分配资源，从而避免死锁的发生。
2. 死锁检测与恢复。
死锁检测与恢复是一种死锁解决的方法，它通过周期性地检测系统中是否存在死锁，并在检测到死锁时采取相应的措施来解除死锁。
常见的死锁检测与恢复方法包括资源分配图算法和银行家算法。
通过这些方法，系统可以及时地检测到死锁的发生，并采取相应的措施来解除死锁，从而保证系统的正常运行。
3. 资源分配策略优化。
资源分配策略的优化是预防死锁的另一种重要方法。
通过合理地设计资源分配策略，可以最大程度地减少死锁的发生。
例如，可以采用资源有序分配的策略，通过规定资源的申请顺序，来避免进程因资源争夺而导致死锁的发生。
另外，还可以采用资源动态分配的策略，通过动态地分配资源，来避免资源的过度占用，从而减少死锁的发生。
综上所述，通过银行家算法、死锁检测与恢复以及资源分配策略优化这三种方法，我们可以有效地预防死锁的发生，保证系统的正常运行。
在实际应用中，我们可以根据具体的情况选择合适的方法，以最大程度地减少死锁的发生，保证系统的稳定性和可靠性。
希望本文所介绍的方法能够对大家有所帮助，谢谢阅读！。
银行家算法总结
银行家算法总结一、银行家算法银行家算法（Banker’s Algorithm），又称银行家管理算法，是一种专门用于系统资源管理的算法，用于解决操作系统中多个用户对多类资源的竞争请求，从而保证合理地分配公共资源，解决资源分配问题，其目的是为了保证单个进程的安全运行，同时保证系统的安全运行。
二、银行家算法的定义银行家算法是一种用于解决多个用户对多类资源的竞争请求的算法，也称作资源分配算法或资源管理算法，它可以确定是否有足够的资源可供一个或多个进程安全运行，如果有足够的资源可供运行，则可以分配该资源，否则系统将进入不满足安全状态。
三、银行家算法的特点（1）安全性：银行家算法可以确定是否有足够的资源可以满足所有进程的最大要求，使系统处于安全态；（2）在安全态下，银行家算法能够有效地检查一个进程是否可以获得资源，并且可以确定该状态下的最优解；（3）银行家算法可以有效检查一个系统是否处于安全态，它可以检查任意多个资源种类的一组资源分配是否安全；（4）银行家算法可以防止死锁的发生，可以有效地确保非抢占式多处理机系统的安全运行；（5）银行家算法设计简单，容易实现，并十分快速；（6）银行家算法不是最优的，它只是一种有效的搜索算法，其实现效率较低；四、银行家算法的使用1、资源分配问题银行家算法可以用于操作系统中的多个用户对多类资源的竞争请求，以此保证资源的合理分配，从而解决资源分配问题。
它可以有效地检查一个进程是否可以获得资源，同时可以确定该状态下的最优解。
2、进程安全性银行家算法可以用于检查一个系统是否处于安全态，并检查任意多个资源种类的一组资源分配是否安全，可以保证系统的安全运行，从而保证单个进程的安全性。
3、防止死锁银行家算法可以防止死锁的发生，这是由于它可以确定是否有足够的资源可以满足所有进程的最大要求，使系统处于安全态，从而阻止死锁发生。
操作系统期末考试作业要点
填空：1、银行家算法在解决死锁问题中是用于避免死锁的.2、利用共享文件进行进程通信的方式被称为管道。
3、系统调用与一般调用的最大区别就在于：调用程序是运行在用户态，而被调用程序是运行在__核心___态。
4、有序分配法可以预防死锁的发生，它们使死锁四个条件中的__循环等待__条件不成立。
5、正在执行的进程由于其时间片用完被暂停执行，此时进程应从执行状态变为_就绪____状态。
6、Belady现象。
7、使用位示图(20行,30列)表示空闲盘块的状态。
当分配的盘块号为235时，其在位示图中的列数为______。
（提示：行为1~20，列为1~30，首盘块号为1）8、UNIX系统中文件的物理结构一般采用_________。
9、在内存分配的“首次适应法”中，空闲块是按地址递增递增进行排序的。
10、在有m个进程的系统中出现死锁时，参与死锁进程的个数最少是__2_11、实时系统按应用领域分为硬实时和软实时两种。
12、操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源。
13、进程在执行过程中有三种基本状态，它们是阻塞、就绪、执行。
14、存储管理中，对存储空间的浪费是以内部碎片和外部碎片两种形式表现出来。
15、在一个单CPU系统中，若有五个用户进程。
假设当前系统为用户态，则处于就绪状态的用户进程最多有 4 个，最少有 0 个。
16、有m个进程共享一个临界资源，若使用信号量机制实现对临界资源的互斥访问，则该信号量取值最大为 1 ，最小为 -(m-1)17、进程的调度方式有两种，分别是非抢占式和抢占式方式。
18、操作系统的四大资源管理功能是处理机管理功能、存储器管理功能、设备管理功能、文件管理功能。
19、进程在执行过程中有三种基本状态，它们是阻塞、就绪、执行。
20、有m个进程共享一个临界资源，若使用信号量机制实现对临界资源的互斥访问，则该信号量取值最大为 1 ，最小为 -（m-1）。
21、存储管理中，对存储空间的浪费是以内部碎片和外部碎片两种形式表现出来。
银行家算法及例题
银行家算法的主要思想是什么？他能够解决死锁问题吗？
银行家算法是避免死锁的一种方法，主要思想是：允许进程动态的申请资源，系统在每次实施资源分配之前，先计算资源分配的安全性，若此次资源分配安全（即资源分配后系统能按照某种顺序来为每个进程分配所需资源，直至最大需求，使个进程都可以顺利的完成），变将资源分配给进程，否则不分配资源，让进程等待。
银行家算法具有较好的理论意义但实际中很难实施，主要原因是：难以预测获得进程申请的最大资源，运行过程中进程的个数是不断变化的，所以银行家算法难以解决实际中的死锁问题。
例题：
若系统运行中出现如图所示的资源分配情况，该系统是否安全？如果进程P2此时申请资源（1,，2，2,2）系统能否把资源分配给他？为什么？
解答：首先检查是否存在安全序列
可先进性预分配，如果存在一个能够运行下去的寻列就说明是存在安全序列可以分配的。
预分配表如下：。
银行家算法java代码
银行家算法java代码银行家算法是一种用于避免死锁的算法，它可以保证系统在分配资源时不会陷入死锁状态。
在操作系统中，银行家算法被广泛应用于进程调度和资源管理中。
本文将介绍银行家算法的原理和实现，并提供Java代码示例。
一、银行家算法原理银行家算法是基于资源分配图的理论基础上发展而来的。
资源分配图是描述进程和资源之间关系的一种图形表示方法。
在资源分配图中，每个进程和每个资源都表示为一个节点，进程需要的资源和已经被占用的资源之间连接一条边。
银行家算法通过模拟进程请求和释放资源的过程来判断是否会出现死锁。
当一个进程请求某些资源时，如果系统能够满足其请求，则该进程可以继续执行；否则，该进程必须等待直到有足够的资源可用。
当一个进程释放掉已经占用的某些资源时，系统会将这些资源重新分配给其他需要它们的进程。
为了避免死锁，银行家算法采取了预防措施：在分配任何一个新任务之前，先检查该任务所需求各类资料是否超过了系统现有的资料总量，如果超过了，则不予分配。
否则，再检查该任务所需求各类资料是否超过了系统现有的未分配资料总量，如果超过了，则不予分配。
二、银行家算法实现银行家算法的实现需要考虑以下几个方面：1.资源分配图的表示方法：可以使用邻接矩阵或邻接表来表示资源分配图。
2.进程请求和释放资源的模拟：可以使用数组来存储进程占用和需要的资源数量，并通过对数组的修改来模拟进程请求和释放资源的过程。
3.死锁检测：可以使用安全序列或银行家算法来判断是否会出现死锁。
下面是一个基于银行家算法实现的简单Java代码示例：public class BankerAlgorithm {// 进程数private int n;// 资源数private int m;// 各进程已占用资源数量private int[][] allocation;// 各进程尚需资源数量private int[][] need;// 系统剩余可用资源数量private int[] available;/*** 构造函数* @param n 进程数* @param m 资源数* @param allocation 各进程已占用资源数量* @param need 各进程尚需资源数量* @param available 系统剩余可用资源数量*/public BankerAlgorithm(int n, int m, int[][] allocation, int[][] need, int[] available) {this.n = n;this.m = m;this.allocation = allocation;this.need = need;this.available = available;}/*** 模拟进程请求资源* @param pid 进程ID* @param request 请求的资源数量* @return 是否满足请求*/public boolean requestResources(int pid, int[] request) { // 检查请求是否超过进程所需的资源数量for (int i = 0; i < m; i++) {if (request[i] > need[pid][i]) {return false;}}// 检查请求是否超过系统剩余的资源数量for (int i = 0; i < m; i++) {if (request[i] > available[i]) {return false;}}// 模拟进程占用资源的过程for (int i = 0; i < m; i++) {available[i] -= request[i];allocation[pid][i] += request[i];need[pid][i] -= request[i];}return true;}/*** 模拟进程释放资源* @param pid 进程ID* @param release 释放的资源数量*/public void releaseResources(int pid, int[] release) { // 模拟进程释放资源的过程for (int i = 0; i < m; i++) {available[i] += release[i];allocation[pid][i] -= release[i];need[pid][i] += release[i];}}/*** 判断系统是否安全* @return 是否安全*/public boolean isSafe() {// 初始化工作数组int[] work = new int[m];for (int i = 0; i < m; i++) {work[i] = available[i];}boolean[] finish = new boolean[n]; for (int i = 0; i < n; i++) {finish[i] = false;}// 查找可用的进程int count = 0;while (count < n) {boolean found = false;for (int i = 0; i < n; i++) {if (!finish[i]) {boolean canRun = true;for (int j = 0; j < m; j++) { if (need[i][j] > work[j]) { canRun = false;break;}}if (canRun) {finish[i] = true;found = true;count++;for (int j = 0; j < m; j++) {work[j] += allocation[i][j];}}}}if (!found) {return false;}}return true;}}三、总结银行家算法是一种重要的避免死锁的算法，它可以在系统分配资源时避免出现死锁状态。
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银行家算法解决死锁问题 1、 设系统中有3种类型的资源（A，B，C）和5个进程P1、P2、P3、P4、P5，A资源的数量为17，B资源的数量为5，C资源的数量为20。在T0时刻系统状态见下表（T0时刻系统状态表）所示。系统采用银行家算法实施死锁避免策略。（12分）
T0时刻系统状态表 最大资源需求量 已分配资源数量 A B C A B C P1 5 5 9 2 1 2 P2 5 3 6 4 0 2 P3 4 0 11 4 0 5 P4 4 2 5 2 0 4 P5 4 2 4 3 1 4 T0时刻系统状态表
P2请求资源（0，3，4）（0，1，1） (1) T0时刻是否为安全状态？若是，请给出安全序列。 (2) 在T0时刻若进程P2请求资源（0，3，4），是否能实施资源分配？为什么？ (3) 在（2）的基础上，若进程P4请求资源（2，0，1），是否能实施资源分配？为什么？ (4) 在（3）的基础上，若进程P1请求资源（0，2，0），是否能实施资源分配？为什么？ 答：当前的系统状态描述为：
4245241104635955C //资源最大需求数量 max
413402504204212A //已分配资源数量 alloc
011122600431743AC //还需资源数量 Need
20517R //资源总量
332V //系统可用资源向量
（1）T0时刻是否为安全状态？若是，请给出安全序列。 在T0时刻，由于V（2，3，3）大于等于（C-A）中P5所在行的向量（1，1，0），因此V能满足P5的运行，在P5运行后，系统的状态为：
000402504204212A 000122600431743AC 745'V
同样的，在P5运行后，V’（5，4，7）也大于等于C-A中P4所在的行（2，2，1），则能满足P4的运行。P4运行后，系统的状态为：
000000504204212A 000000600431743AC 1147'V
按照上述同样的方法，P4运行后，P3，P2，P1也能按顺序运行。（备注：考试时需要都写出来）。 因此，在T0时刻，存在安全序列：P5、P4、P3、P2、P1。 T0时刻是安全的。 -------------------------------另外一解法（书中解法）-------------------- 执行序列选择：首先选择需求资源总数最少的优先。 Work need Alloc Work_alloc Finish A B C A B C A B C A B C T P5 2 3 3 1 1 0 3 1 4 5 4 7 T P4 5 4 7 2 2 1 2 0 4 7 4 11 T P3 7 4 11 0 0 6 4 0 5 11 4 16 T P2 11 4 16 1 3 4 4 0 2 15 4 18 T P1 15 4 18 3 4 7 2 1 2 17 5 20 T
Finish 都为TRUE 得到在T0时刻，安全序列：P5、P4、P3、P2、P1。 ------------------------------另外一解法（书中解法）-------------------- （2）在T0时刻若进程P2请求资源（0，3，4），是否能实施资源分配？为什么？ P2申请资源（0，3，4），但在C-A中，P2所在行向量是（1，3，4）。对于资源R1，P2的申请超过它所预定的需求。因此，该申请不给予分配。
（3）在（2）的基础上，若进程P4请求资源（2，0，1），是否能实施资源分配？为什么？ A）P4申请（2，0，1）不超过C-A中P4所在行的向量（2，2，1）。 B）V（2，3，3）大于等于P4的申请（2，0，1） C）对P4的申请（2，0，1）进行预分配，预分配后，系统的状态为：
413504504204212A
011020600431743AC 230V
可用资源V（0，3，2）大于等于C-A中P4所在的行（0，2，0），因此可以满足P4的运行。P4运行后，系统的状态为：
413000504204212A
011000600431743AC 734'V
同样的方法（考试时需要列出），可计算出存在安全序列：P4，P5，P3，P2，P1。 因此，预分配后系统的状态是安全状态。 对于，P4请求资源（2，0，1），给予分配，分配后的系统新状态为： 4245241104635955C 413504504204212A
011020600431743AC
20517R
230V -------------------------------另外一解法（书中解法）-------------------- A）P4申请（2，0，1）不超过C-A中P4所在行的向量（2，2，1）。 B）V（2，3，3）大于等于P4的申请（2，0，1） C）对P4的申请（2，0，1）进行预分配，预分配后，系统的状态为： Max alloc Need available A B C A B C A B C A B C
P1 5 5 9 2 1 2 3 4 7 0 3 2(2 3 3) P2 5 3 6 4 0 2 1 3 4 P3 4 0 11 4 0 5 0 0 6
P4 4 2 5 4 0 5(2 0 4) 0 2 0(2 2 1)
P5 4 2 4 3 1 4 1 1 0 注意：（）内的值为旧值
安全性算法： Work need Alloc Work_alloc Finish A B C A B C A B C A B C P4 0 3 2 0 2 0 4 0 5 4 3 7 T P5 4 3 7 1 1 0 3 1 4 7 4 11 T P3 7 4 11 0 0 6 4 0 5 11 4 16 T P2 11 4 16 1 3 4 4 0 2 15 4 18 T P1 15 4 18 3 4 7 2 1 2 17 5 20 T Finish 都为TRUE 在P4申请资源（2，0，1），给予分配后，可以得到安全序列：P5、P4、P3、P2、P1。 P4申请资源（2，0，1）后，系统状态为： Max alloc Need available A B C A B C A B C A B C P1 5 5 9 2 1 2 3 4 7 0 3 2 P2 5 3 6 4 0 2 1 3 4 P3 4 0 11 4 0 5 0 0 6 P4 4 2 5 4 0 5 0 2 0 P5 4 2 4 3 1 4 1 1 0 ------------------------------另外一解法（书中解法）-------------------- （4）在（3）的基础上，若进程P1请求资源（0，2，0），是否能实施资源分配？为什么
进程P1请求资源（0，2，0） A）P1申请（0，2，0）不超过C-A中P1所在行的向量（3，4，7）。 B）V（0，3，2）大于等于P1的申请（0，2，0） C）对P1的申请（0，2，0）进行预分配，预分配后，系统的状态为：
413504504204232A
011020600431723AC 210V
V（0，2，1）不大于等于P1到P5任一进程在C-A中的向量，因此系统进行预分配后处于不安全状态。
对于P1申请资源（０，２，０），不给予分配。 ------------------------------另外一解法（书中解法）-------------------- 进程P1请求资源（0，2，0） A）P1申请（0，2，0）不超过C-A中P1所在行的向量（3，4，7）。 B）V（0，3，2）大于等于P1的申请（0，2，0） C）对P1的申请（0，2，0）进行预分配，预分配后，系统的状态为：