银行家算法安全性序列分析

银行家算法安全性序列分析摘要：在操作系统的处理机调度的过程中，由于竞争资源或者进程间推进顺序非法，都会导致死锁的发生。本文主要研究如何利用银行家算法可以避免死锁，并分析银行家算法安全性序列。关键词：银行家算法；安全性序列；避免死锁引言处理死锁的方法主要包括预防死锁、避免死锁、检测死锁和解除死锁。而利用银行家算法可以避免死锁，在这一避免死锁的过程中，银行家算法安全性序列分析是尤为重要的。1. 银行家算法中的数据结构 （1） 空闲资源向量Available。这是一个数组，它里面包括m个元素，这些元素都可以分别用来表示一种空闲的资源的数量的多少，系统中存储的这种全部空闲的资源的数量的多少为它的初始值，随该类资源的分配和回收，其数值发生动态地改变。如果Availablej=K，那么，系统中当前存在K个Rj类资源。（2） 最大需求矩阵Max。Max矩阵是nm维的，该矩阵定义了系统中n个进程中的每一个进程对m类资源的最大需求。如果Maxi,j=K，那么，进程i需要Rj类资源的最大数量的多少为K。（3） 分配矩阵Allocation。Allocation矩阵是nm维的，该矩阵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Allocationi,j=K，那么，进程i当前已分得Rj类资源的数量的多少为K。（4） 需求矩阵Need。Need矩阵是nm维的，该矩阵定义了所有进程仍然需求的各类资源数。如果Needi,j=K，那么，为了能够完成其任务，进程i还需要Rj类资源K个。 Needi,j=Maxi,j-Allocationi,j2. 银行家算法设Requesti是进程Pi的请求向量，如果Requestij=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RequestijNeedi,j，便转向步骤2；否则认为出错，因为它所需要的资源数大于它仍然需要的最大值。（2） 如果RequestijAvailablej，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，并修改下面数据结构中的数值： Availablej=Availablej-Requestij; Allocationi,j=Allocationi,j+Requestij; Needi,j=Needi,j-Requestij;（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。如果安全，就正式将资源分配给进程Pi，从而实现本次分配；反之，取消这次的试探分配，保持上一次的资源分配状态，让进程Pi等待。3. 安全性算法 （1） 设置两个向量： 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量的多少，它含有m个元素，在执行安全算法开始时，Work=Available； 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Finishi=false；当有足够资源分配给进程时， 再令Finishi=true。（2） 从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程： Finishi=false； Needi,jWorkj； 如果找到，那么，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： Workj=Worki+Allocationi,j; Finishi=true; go to step 2;（4） 如果所有进程的Finishi=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。4. 银行家算法安全性序列分析之例 假定系统中有五个进程P0, P1, P2, P3, P4和三类资源A, B, C，各种资源的数量分别为10、5、7，在T0时刻的资源分配情况如表1 所示。表1 T0时刻的资源分配表资源情况进程MaxAllocationNeedAvailableA B CA B CA B CA B CP07 5 30 1 07 4 33 3 2P13 2 22 0 01 2 2P29 0 23 0 26 0 0P32 2 22 1 10 1 1P44 3 30 0 24 3 1（1）T0时刻的安全性： 表2 T0时刻的安全序列资源情况进程WorkNeedAllocationWork+AllocationFinishA B CA B CA B CA B CP13 3 21 2 22 0 05 3 2TRUEP35 3 20 1 12 1 17 4 3TRUEP47 4 34 3 10 0 27 4 5TRUEP27 4 56 0 03 0 210 4 7TRUEP010 4 77 4 30 1 010 5 7TRUE（2） P1请求资源：P1发出请求向量Request1（1，0，2），系统按银行家算法进行检查： Request1（1, 0, 2）Need1（1, 2, 2） Request1（1, 0, 2）Available1（3, 3, 2） 系统先假定可为P1分配资源，并修改Available, Allocation1和Need1向量，由此形成的资源变化情况如表2所示。表2 系统先假定可为P1分配资源时刻的资源分配表资源情况进程MaxAllocationNeedAvailableA B CA B CA B CA B CP07 5 30 1 07 4 32 3 0P13 2 23 0 20 2 0P29 0 23 0 26 0 0P32 2 22 1 10 1 1P44 3 30 0 24 3 1 再利用安全性算法检查此时系统是否安全。表3 P1申请资源时的安全性检查资源情况进程WorkNeedAllocationWork+AllocationFinishA B CA B CA B CA B CP12 3 00 2 03 0 25 3 2TRUEP35 3 20 1 12 1 17 4 3TRUEP47 4 34 3 10 0 27 4 5TRUEP27 4 56 0 03 0 210 4 7TRUEP010 4 77 4 30 1 010 5 7TRUE（3） P4请求资源：P4发出请求向量Request4（3，3，0），系统按银行家算法进行检查： Request4（3, 3, 0）Need4（4, 3, 1）; Request4（3, 3, 0） Available（2, 3, 0），让P4等待。参考文献：1 崔建平. 深入探讨银行家算法J. 科技信息(学术研究), 2008,(17) . 2 侯刚. 深入解析银行家算法J. 潍坊学院学报, 2006,(02) . 3 曹现玲. 浅谈银行家算法J. 中国科技信息, 2008,(16) . 4 仲兆满,管燕. 银行家算法的改进及其在操作系统上的推广J. 连云港师范高等专科学校学报, 2002,(02) . 5 王继奎,王会勇. 基于银行家算法的进程安全序列全搜索算法J. 甘肃科学学报, 2009,(02) .