操作系统中的银行家算法

简介

银行家算法（Banker's Algorithm），又称为资源分配算法，是指计算机操作系统中用来避免进程死锁（Deadlock）情况发生的一种算法。

原理

银行家算法是通过把资源分配看做同一种现金资产的信贷分配问题进行求解。设有n个进程和m个可分配资源类型，可以把系统中所拥有的m种资源划分为R1、R2、R3、......、Rm共m类。对于每一个进程Pi（1<=i<=m），声明它还需要Rij（1<=j<=m）个Rij类型的资源，假定它已经获得了Ki个资源（即分配给它的资源量），那么它还需要Ki种Rij资源方可完成它的功能。系统的可用资源量也以同样的方式划分，可用资源中，还有pi个Rij资源。

实现

银行家算法的核心思想是通过安全性检查来保证系统分配资源的安全性。因此，当系统收到一个新的分配请求时，系统首先检查分配此资源是否会导致系统进入一个不安全状态。如果是，该分配请求将被拒绝；否则，该请求可以接受，并且把相应的资源分配给进程。下面是C++实现的代码片段：

// 银行家算法
int banker(int need[][n], int allocation[][n], int available[]) {
    bool finish[m] = {false};  // 标记每个进程是否完成
    int work[n];  // 操作系统可以提供给进程使用的各类资源的数目
    int order[m];  // 安全序列
    int cnt = 0;  // 安全序列中已有进程的个数

    // 将可用资源复制为work数组
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        work[i] = available[i];
    }

    // 寻找可以满足需求的进程，并释放他们占用的资源
    while (cnt < m) {
        bool flag = false;
        for (int i = 0; i < m; i++) {
            if (finish[i] == false) {
                bool check = true;
                for (int j = 0; j < n; j++) {
                    if (need[i][j] > work[j]) {
                        check = false;
                        break;
                    }
                }
                if (check) {
                    for (int j = 0; j < n; j++) {
                        work[j] += allocation[i][j];
                    }
                    finish[i] = true;
                    order[cnt++] = i;
                    flag = true;
                }
            }
        }
        if (flag == false) {  // 没有找到满足需求的进程，说明处于不安全状态
            return -1;
        }
    }

    // 将安全序列输出
    cout << "安全序列：";
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        cout << order[i] << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

总结

银行家算法是操作系统中常用的避免死锁的算法之一，通过安全性检查来保证系统分配资源的安全性，将可用资源和正在占用资源的情况综合考虑，从而合理地进行资源分配，避免死锁的发生。