銀行家算法

銀行家算法是最有代表性的避免死鎖算法，是Dijkstra提出的。這是由于該算法能用于銀行系統(tǒng)現(xiàn)金貸款的發(fā)放而得名。

我們可以把操作系統(tǒng)看作是銀行家，操作系統(tǒng)管理的資源相當(dāng)于銀行家管理的資金，進程向操作系統(tǒng)請求分配資源相當(dāng)于用戶向銀行家貸款。

• 關(guān)于安全狀態(tài)的概述

  系統(tǒng)處于安全狀態(tài)時，一定不會發(fā)生死鎖；系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)時，不一定會發(fā)生死鎖；

  （1）安全狀態(tài)
  如果存在一個由系統(tǒng)中所有進程構(gòu)成的安全序列P1，…，Pn，則系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。安全狀態(tài)一定是沒有死鎖發(fā)生。

  （2）不安全狀態(tài)
  不存在一個安全序列。不安全狀態(tài)不一定導(dǎo)致死鎖。

• 基本思想：

  銀行家可以把一定數(shù)量的資金供多個用戶周轉(zhuǎn)使用,為保證資金的安全,銀行家規(guī)定:

  • 當(dāng)一個顧客對資金的最大需求量不超過銀行家現(xiàn)有的資金時就可接納該顧客;
  • 顧客可以分期貸款,但貸款的總數(shù)不能超過最大需求量;
  • 當(dāng)銀行家現(xiàn)有的資金不能滿足顧客尚需的貸款數(shù)額時,對顧客的貸款可推遲支付,但總能使顧客在有限的時間里得到貸款;

  • 當(dāng)顧客得到所需的全部資金后,一定能在有限的時間里歸還所有的資金.

    銀行家算法是通過動態(tài)地檢測系統(tǒng)中資源分配情況和進程對資源的需求情況來決定如何分配資源的，在能確保系統(tǒng)處于安全狀態(tài)時才能把資源分配給申請者，從而避免系統(tǒng)發(fā)生死鎖。

• 相關(guān)的變量：

  • Available（可利用資源總數(shù)）某類可利用的資源數(shù)目，其初值是系統(tǒng)中所配置的該類全部可用資源數(shù)目。
  • Max：某個進程對某類資源的最大需求數(shù)
  • Allocation： 某類資源已分配給某進程的資源數(shù)。
  • Need：某個進程還需要的各類資源數(shù)。Need= Max-Allocation

• 銀行家算法描述

  設(shè)Request i是進程Pi的申請向量，如果Request i[j]=K,則表示進程Pi需要K個Rj類型的資源。當(dāng)Pi發(fā)出資源請求后，系統(tǒng)按下述步驟進行檢查：

  • 如果Request i[j]<=Need[i,j]，便轉(zhuǎn)向步驟2）；否則認為出錯，因為它所需要的資源數(shù)已經(jīng)超過它所宣布的最大值。

  • 如果Request i[j]<=Available[i,j]，便轉(zhuǎn)向步驟3）；否則，表示尚無足夠資源，Pi需等待。

  • 系統(tǒng)試探著把資源分配給進程Pi，并修改下面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)值：

    1 2 3

    Available[j]:=Available[j]-Request i[j]; Allocation[i,j]:=Allocation[i,j]+Request i[j]; Need[i,j]:=Need[i,j]-Request i[j];

4) 系統(tǒng)執(zhí)行安全性算法，檢查此次資源分配后系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)。若安全，才正式將資源分配給進程Pi，以完成本次分配；否則，將本次的試探分配作廢，恢復(fù)原來的資源分配狀態(tài)，讓進程Pi等待。

參考：銀行家算法

死鎖的概念

　　死鎖是指兩個或兩個以上的進程在執(zhí)行過程中，由于競爭資源或者由于彼此通信而造成的一種阻塞的現(xiàn)象，若無外力作用，它們都將無法推進下去。此時稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生了死鎖，這些永遠在互相等待的進程稱為死鎖進程。

產(chǎn)生死鎖的必要條件

• 互斥條件：指進程對所分配到的資源進行排它性使用，即在一段時間內(nèi)某資源只由一個進程占用。如果此時還有其它進程請求資源，則請求者只能等待，直至占有資源的進程用畢釋放。

• 請求和保持條件：指進程已經(jīng)保持至少一個資源，但又提出了新的資源請求，而該資源已被其它進程占有，此時請求進程阻塞，但又對自己已獲得的其它資源保持不放。

• 不剝奪條件：指進程已獲得的資源，在未使用完之前，不能被剝奪，只能在使用完時由自己釋放。

• 循環(huán)等待條件：指在發(fā)生死鎖時，必然存在一個進程——資源的環(huán)形鏈，即進程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一個P1占用的資源；P1正在等待P2占用的資源，……，Pn正在等待已被P0占用的資源。

針對死鎖的解決方案

預(yù)防死鎖。

這是一種較簡單和直觀的事先預(yù)防的方法。方法是通過設(shè)置某些限制條件，去破壞產(chǎn)生死鎖的四個必要條件中的一個或者幾個，來預(yù)防發(fā)生死鎖。預(yù)防死鎖是一種較易實現(xiàn)的方法，已被廣泛使用。但是由于所施加的限制條件往往太嚴(yán)格，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)吞吐量降低。

預(yù)防死鎖方法（3種）：

• 破壞請求和保持條件，如資源靜態(tài)分配法（也稱為預(yù)分配資源）
• 破壞不可搶占條件
• 破壞循環(huán)等待條件

避免死鎖。

該方法同樣是屬于事先預(yù)防的策略，但它并不須事先采取各種限制措施去破壞產(chǎn)生死鎖的的四個必要條件，而是在資源的動態(tài)分配過程中，用某種方法去防止系統(tǒng)進入不安全狀態(tài)，從而避免發(fā)生死鎖。如銀行家算法

檢測死鎖。

這種方法并不須事先采取任何限制性措施，也不必檢查系統(tǒng)是否已經(jīng)進入不安全區(qū)，此方法允許系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生死鎖。但可通過系統(tǒng)所設(shè)置的檢測機構(gòu)，及時地檢測出死鎖的發(fā)生，并精確地確定與死鎖有關(guān)的進程和資源，然后采取適當(dāng)措施，從系統(tǒng)中將已發(fā)生的死鎖清除掉。如資源分配圖簡化法。

解除死鎖。

這是與檢測死鎖相配套的一種措施。當(dāng)檢測到系統(tǒng)中已發(fā)生死鎖時，須將進程從死鎖狀態(tài)中解脫出來。常用的實施方法是撤銷或掛起一些進程，以便回收一些資源，再將這些資源分配給已處于阻塞狀態(tài)的進程，使之轉(zhuǎn)為就緒狀態(tài)，以繼續(xù)運行。死鎖的檢測和解除措施，有可能使系統(tǒng)獲得較好的資源利用率和吞吐量，但在實現(xiàn)上難度也最大。

死鎖的解除方法（2種）：

• 搶占資源，如剝奪資源法。
• 終止（或撤銷）進程。

具體方案：

搶占式資源分配策略 ：要使不可搶占其它進程占有的資源不成立，可以約定如下：如果一個進程已經(jīng)占有了某些資源又要申請新資源，而新資源不能滿足必須等待時，系統(tǒng)可以搶奪該進程已有的資源。 它只適合于主存和處理器。

釋放已占資源策略——這種分配策略是僅當(dāng)進程沒有占有資源時才允許它去申請資源。如果進程已占用了某些資源而又要再申請資源，則它應(yīng)先歸還所占的資源后再申請新資源。

按序分配資源——要使循環(huán)等待條件不成立可采用按序分配的資源分配策略。具體做法是把系統(tǒng)中所有資源排序，對每個資源確定一個編號，規(guī)定任何一個進程申請兩個以上的資源時，總是先申請編號最小的資源，再申請編號大的資源。

關(guān)于

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來源：?？途W(wǎng)

系統(tǒng)中的資源

• 一類是可剝奪資源，即CPU 和 內(nèi)存 ，是指某進程在獲得這類資源后，該資源可以再被其他進程或系統(tǒng)剝奪。例如，優(yōu)先權(quán)高的進程可以剝奪優(yōu)先權(quán)低的進程的 處理機 。
• 另一類資源是不可剝奪資源，如 磁帶機 、打印機等，當(dāng)系統(tǒng)把這類資源分配給某進程后，再不能強行收回，只能在進程用完后自行釋放。

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來源：牛客網(wǎng)

互斥

各進程采取互斥的方式，實現(xiàn)共享的資源稱作臨界資源。

信號量機制的引入解決了進程同步的描述問題，但信號量的大量同步操作分散在各個進程中不便于管理，還有可能導(dǎo)致系統(tǒng)死鎖。如：生產(chǎn)者消費者問題中將P、V顛倒可能死鎖。
為此Dijkstra于1971年提出：把所有進程對某一種臨界資源的同步操作都集中起來，構(gòu)成一個所謂的秘書進程。凡要訪問該臨界資源的進程，都需先報告秘書，由秘書來實現(xiàn)諸進程對同一臨界資源的互斥使用。

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來源：牛客網(wǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统知识——互斥和死锁的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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