银行家算法的模拟实现 （实验三）
一、设计目的
1、了解多道程序系统中，多个进程并发执行的资源分配。
2、掌握死锁的产生的原因、产生死锁的必要条件和处理死锁的基本方法。 3、掌握预防死锁的方法，系统安全状态的基本概念。
4、掌握银行家算法，了解资源在进程并发执行中的资源分配策略。 5、理解死锁避免在当前计算机系统不常使用的原因。
二、设计任务
① 在Windows7系统的VS环境下运行程序；
② 通过最有代表性的避免死锁的算法(Dijkstra)的银行家算法程序实现来理解进程并发中的资源分配，死锁避免在死锁解决中的可行性；
③ 设计程序在自动、手动方式下运行，理解银行家算法的实质。 三、设计内容与步骤
A、银行家算法设计的知识准备。
1、死锁概念。在多道程序系统中，虽可借助于多个进程的并发执行，来改善系统的资源利用率，提高系统的吞吐量，但可能发生一种危险━━死锁。所谓死锁(Deadlock),是指多个进程在运行中因争夺资源而造成的一种僵局(Deadly_Embrace),当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。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。 2、关于死锁的一些结论：
参与死锁的进程最少是两个
（两个以上进程才会出现死锁） 参与死锁的进程至少有两个已经占有资源 参与死锁的所有进程都在等待资源
参与死锁的进程是当前系统中所有进程的子集
注：如果死锁发生，会浪费大量系统资源，甚至导致系统崩溃。 3、资源分类。 永久性资源：
可以被多个进程多次使用（可再用资源） 可抢占资源 不可抢占资源
临时性资源：只可使用一次的资源；如信号量,中断信号，同步信号等（可消耗性资源） “申请--分配--使用--释放”模式
4、产生死锁的四个必要条件：互斥使用（资源独占）、不可强占（不可剥夺）、请求和保持（部分分配，占有申请）、循环等待。
1) 互斥使用（资源独占）
一个资源每次只能给一个进程使用
2) 不可强占（不可剥夺）
资源申请者不能强行的从资源占有者手中夺取资源，资源只能由占有者自愿释放 3) 请求和保持（部分分配，占有申请）
一个进程在申请新的资源的同时保持对原有资源的占有（只有这样才是动态申请，动态分配） 4) 循环等待
存在一个进程等待队列 {P1 , P2 , … , Pn},
其中P1等待P2占有的资源，P2等待P3占有的资源，…，Pn等待P1占有的资源，形成一个进程等待环路
5、 死锁的解决方案 5.1 产生死锁的例子
申请不同类型资源产生死锁 P1： … 申请打印机 申请扫描仪 使用 释放打印机 释放扫描仪 … P2： … 申请扫描仪 申请打印机 使用 释放打印机 释放扫描仪 …
申请同类资源产生死锁（如内存）
设有资源R，R有m个分配单位，由n个进程P1,P2,…,Pn（n > m）共享。假设每个进程对R的申请和释放符合下列原则： * 一次只能申请一个单位 * 满足总申请后才能使用 * 使用完后一次性释放 m=2，n=3
资源分配不当导致死锁产生 5.2死锁预防:
定义:在系统设计时确定资源分配算法，保证不发生死锁。具体的做法是破坏产生死锁的四个必要条件之一 ①破坏“不可剥夺”条件
在允许进程动态申请资源前提下规定，一个进程在申请新的资源不能立即得到满足而变为等待状态之前，必须释放已占有
的全部资源，若需要再重新申请 ②破坏“请求和保持”条件
要求每个进程在运行前必须一次性申请它所要求的所有资源，且仅当该进程所要资源均可满足时才给予一次性分配
③破坏“循环等待”条件 采用资源有序分配法：
把系统中所有资源编号，进程在申请资源时必须严格按资源编号的递增次序进行，否则操作系统不予分配 6．安全状态与不安全状态 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。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 (安全状态一定是没有死锁发生的) 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。 B、银行家算法
一、银行家算法中的数据结构 1．可利用资源向量Available
它是一个含有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．最大需求短阵Max
这是—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，表示
进程i需要Rj类资源的最大数目为K。 3．分配短阵Allocation
这是一个n×m的矩阵，它定义了系统中每一类资源当前已分配给每个进程的资源数。如果Allocation(i,j)＝K，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
它是一个n×m的矩阵，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] 二、银行家算法
设Requesti是进程Pi的请求向量。如果Requesti[j]＝k，表示进程只需要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]，则转向步骤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] ，则转向步骤3；否则，表示系统中尚无足够的资源，Pi必须等待。 （3）系统试探把要求的资源分配给进程Pi，并修改下面数据结构中的数值：
Available[j]:=Available[j]-Requesti[j]; Allocation[i,j]:=Allocation[i,j]+Requesti[j]; Need[i,j]:=Need[i,j]-Requesti[j];
（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，将试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程Pi等待。 三、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要的各类资源数目，它含有m个元素，执行安全算法开始时，Work = Available。
②、Finish。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，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：
①、Finish[i]=false; ②、Need[i,j]<=Work[j];如找到，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：