银行家算法【学习算法】
  RPXY88prxrad 2023年11月02日 55 0



银行家算法【学习算法】

  • 前言
  • 版权
  • 推荐
  • 银行家算法
  • 7.避免死锁
  • 7.1 系统安全状态
  • 7.2 利用银行家算法避免死锁
  • Java算法实现
  • 代码
  • 结果
  • 最后


前言

2023-8-14 18:18:01


推荐

第三章 处理机调度和死锁【操作系统】:7.避免死锁

银行家算法

7.避免死锁

7.1 系统安全状态

在死锁避免方法中,把系统的状态分为安全状态和不安全状态。当系统处于安全状态时,可避免发生死锁。反之,当系统处于不安全状态时,则可能进入到死锁状态。

1安全状态

在该方法中,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,才可将资源分配给进程,否则,令进程等待。

2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。

在建立了系统安全状态的概念后便可知道避免死锁的基本思想,就是确保系统始终处于安全状态。一个系统开始是处于安全状态的,当有进程请求一个可用资源时,系统需对该进程的请求进行计算,若将资源分配给进程后系统仍处于安全状态,才将该资源分配给进程。

7.2 利用银行家算法避免死锁

1银行家算法中的数据结构

为了实现银行家算法,在系统中必须设置这样四个数据结构,分别用来描述系统中可利用的资源、所有进程对资源的最大需求、系统中的资源分配,以及所有进程还需要多少资源的情况。

(1) 可利用资源向量Available。这是一个含有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,其初始值是系统中所配置的该类全部可用资源的数目,其数值随该类资源的分配和回收而动态地改变。如果Available[j]=K,则表示系统中现有Rj类资源K个。

(2) 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。

(3) 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。

(4) 需求矩阵Need。这也是一个n×m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。

上述三个矩阵间存在下述关系:

Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]

2银行家算法

设Requesti是进程Pi的请求向量,如果Requesti[j]=K,表示进程Pi需要K个Rj类型的资源。当Pi发出资源请求后,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,并修改数据结构中的数值。

(4) 系统执行安全性算法,检查此次资源分配后系统是否处于安全状态。若安全,才正式将资源分配给进程Pi,以完成本次分配;否则,将本次的试探分配作废,恢复原来的资源分配状态,让进程Pi等待。

3安全性算法

系统所执行的安全性算法可描述如下:

(1) 设置两个向量:①工作向量Work,它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目,它含有m个元素,在执行安全算法开始时,Work=Available;②Finish:它表示系统是否有足够的资源分配给进程,使之运行完成。开始时先做Finish[i]=false;当有足够资源分配给进程时,再令Finish[i]=true。

(2) 从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程:

①Finish[i]=false;

②Need[i,j]≤Work[j];

若找到,执行步骤(3),否则,执行步骤(4)。

(3) 当进程Pi获得资源后,可顺利执行,直至完成,并释放出分配给它的资源,故应执行:

Work[j] = Work[j] + Allocation[i,j];

Finish[i] = true;

go to step 2;

(4) 如果所有进程的Finish[i]=true都满足,则表示系统处于安全状态;否则,系统处于不安全状态。

Java算法实现

代码

package os.chapter3._3_6_1;

import java.util.Arrays;

public class BankerAlgorithm {
    private final int[][] max; // 最大需求矩阵
    private final int[][] allocation; // 已分配矩阵
    private final int[][] need; // 剩余需求矩阵
    private final int[] available; // 可用资源向量
    private final int processNum; // 进程数量
    private final int resourceNum; // 资源数量

    public BankerAlgorithm(int[][] max, int[][] allocation, int[] available) {
        this.max = max;
        this.allocation = allocation;
        this.need = new int[max.length][max[0].length];
        this.available = available;
        this.processNum = max.length;
        this.resourceNum = max[0].length;
        initNeed();
    }

    public void initNeed(){
        for (int i = 0; i < processNum; i++) {
            for (int j = 0; j < resourceNum; j++) {
                this.need[i][j] = max[i][j] - allocation[i][j];
            }
        }
    }

    // 银行家算法
    public void bankerAlgorithm(int[] request,int p) {
        System.out.println("==========================================");

        System.out.println("检查初始时的安全性");
        //初始时刻的安全性
        int[] safeSequence = safetyCheck();

        if (safeSequence==null){
            System.out.println("初始时系统不安全");
        }else{
            // 输出安全序列
            System.out.println("Safe Sequence:");
            for (int i : safeSequence) {
                System.out.print("P" + i + " ");
            }
            System.out.println();
        }

        System.out.println("==========================================");

        System.out.println("检查是否满足条件1");
        for(int j=0;j<resourceNum;j++){
            if(request[j]>need[p][j]){
                System.out.println("P"+p+"所需要的资源已超过它所宣布的最大值");
                return;
            }
        }

        System.out.println("检查是否满足条件2");
        for(int j=0;j<resourceNum;j++){
            if(request[j]>available[j]){
                System.out.println("尚无足够资源,P"+p+"必须等待");
                return;
            }
        }

        System.out.println("==========================================");

        //试探分配
        System.out.println("开始试探分配");
        System.out.println("P"+p+":"+Arrays.toString(request));
        for(int j=0;j<resourceNum;j++){
            available[j]=available[j]-request[j];
            allocation[p][j]=allocation[p][j]+request[j];
            need[p][j]=need[p][j]-request[j];
        }

        System.out.println("开始安全检查");
        int[] s = safetyCheck();
        if (s!=null) {
            System.out.println("可以分配"+"P"+p+":"+Arrays.toString(request));
        } else {
            System.out.println("不能分配"+"P"+p+":"+Arrays.toString(request));
        }
        System.out.println("==========================================");

    }


    // 安全性检查算法
    public int[] safetyCheck() {
        int[] work; // 工作向量
        work = Arrays.copyOf(available, available.length);

        boolean[] finish = new boolean[processNum]; // 进程是否完成执行的标志
        int[] safeSequence = new int[processNum]; // 安全序列
        int count = 0; // 记录已完成的进程数量

        // 初始化完成标志数组
        for (int i = 0; i < processNum; i++) {
            finish[i] = false;
        }

        // 寻找可执行的进程直到全部进程执行完毕或者找不到可执行的进程
        while (count < processNum) {
            boolean found = false;

            // 遍历所有进程,查找满足资源需求的进程
            for (int i = 0; i < processNum; i++) {
                if (!finish[i] && checkResources(i,work)) {
                    for (int j = 0; j < resourceNum; j++) {
                        work[j] += allocation[i][j];
                    }

                    finish[i] = true;
                    safeSequence[count] = i;
                    count++;
                    found = true;
                }
            }

            // 如果没有找到满足资源需求的进程,则认为系统不安全
            if (!found) {
                return null;
            }
        }

        return safeSequence;

    }



    // 检查进程的资源需求是否小于等于可用资源
    private boolean checkResources(int process,int[] work) {
        for (int i = 0; i < resourceNum; i++) {
            if (need[process][i] > work[i]) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[][] max = {{7, 5, 3}, {3, 2, 2}, {9, 0, 2}, {2, 2, 2}, {4, 3, 3}};
        int[][] allocation = {{0, 1, 0}, {2, 0, 0}, {3, 0, 2}, {2, 1, 1}, {0, 0, 2}};
        int[] available = {3, 3, 2};

        BankerAlgorithm banker = new BankerAlgorithm(max, allocation, available);


        int[] request1={1,0,2};
        banker.bankerAlgorithm(request1,1);

        int[] request4={3,3,0};
        banker.bankerAlgorithm(request4,4);

        int[] request0={0,2,0};
        banker.bankerAlgorithm(request0,0);


    }
}

结果

==========================================
检查初始时的安全性
Safe Sequence:
P1 P3 P4 P0 P2 
==========================================
检查是否满足条件1
检查是否满足条件2
==========================================
开始试探分配
P1:[1, 0, 2]
开始安全检查
可以分配P1:[1, 0, 2]
==========================================
==========================================
检查初始时的安全性
Safe Sequence:
P1 P3 P4 P0 P2 
==========================================
检查是否满足条件1
检查是否满足条件2
尚无足够资源,P4必须等待
==========================================
检查初始时的安全性
Safe Sequence:
P1 P3 P4 P0 P2 
==========================================
检查是否满足条件1
检查是否满足条件2
==========================================
开始试探分配
P0:[0, 2, 0]
开始安全检查
不能分配P0:[0, 2, 0]
==========================================

Process finished with exit code 0

最后

2023-8-14 18:20:16

我们都有光明的未来

祝大家考研上岸
祝大家工作顺利
祝大家得偿所愿
祝大家如愿以偿
点赞收藏关注哦


【版权声明】本文内容来自摩杜云社区用户原创、第三方投稿、转载,内容版权归原作者所有。本网站的目的在于传递更多信息,不拥有版权,亦不承担相应法律责任。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,欢迎发送邮件进行举报,并提供相关证据,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容,举报邮箱: cloudbbs@moduyun.com

  1. 分享:
最后一次编辑于 2023年11月08日 0

暂无评论

推荐阅读
RPXY88prxrad