银行家算法是避免死锁的一种重要方法。 操作系统按照银行家制定的规则为进程分配资源，当进程首次申请资源时，要测试该进程对资源的最大需求量，如果系统现存的资源可以满足它的最大需求量则按当前的申请量分配资源，否则就推迟分配。当进程在执行中继续申请资源时，先测试该进程已占用的资源数与本次申请的资源数之和是否超过了该进程对资源的最大需求量。若超过则拒绝分配资源，若没有超过则再测试系统现存的资源能否满足该进程尚需的最大资源量，若能满足则按当前的申请量分配资源，否则也要推迟分配。 银行家算法确实能保证系统时时刻刻都处于安全状态，但它要不断检测每个进程对各类资源的占用和申请情况，需花费较多的时间。 现在的大部分系统都没有采用这个算法，也没有任何关于死锁的检查。
关键字：银行家算法 ， 系统安全 ， 死琐
1，银行家算法原理
银行家算法是从当前状态出发，逐个按安全序列检查各客户中谁能完成其工作，然后假定其完成工作且归还全部贷款，再进而检查下一个能完成工作的客户。如果所有客户都能完成工作，则找到一个安全序列，银行家才是安全的。
缺点：该算法要求客户数保持固定不变，这在多道程序系统中是难以做到的；该算法保证所有客户在有限的时间内得到满足，但实时客户要求快速响应，所以要考虑这个因素；由于要寻找一个安全序列，实际上增加了系统的开销.
Banker algorithm 最重要的一点是：保证操作系统的安全状态！这也是操作系统判断是否分配给一个进程资源的标准！那什么是安全状态？举个小例子，进程 P 需要申请 8 个资源（假设都是一样的），已经申请了 5 个资源，还差 3 个资源。若这个时候操作系统还剩下 2 个资源。很显然，这个时候操作系统无论如何都不能再分配资源给进程 P 了，因为即使全部给了他也不够，还很可能会造成死锁。若这个时候操作系统还有 3 个资源，无论 P 这一次申请几个资源，操作系统都可以满足他，因为操作系统可以保证 P 不死锁，只要他不把剩余的资源分配给别人，进程 P 就一定能顺利完成任务。
2，程序结构
当进程pi提出资源申请时，系统执行下列
步骤：
（1）若Request[i]≤Need[i],转（2）；否则错误返回
（2）若Request[i]≤Available,转（3）；否则进程等待
(3）假设系统分配了资源，则有：
Available:=Available-Request[i];
Allocation[i]:=Allocation[i]+Request[i];
Need[i]:=Need[i]-Request[i]
若系统新状态是安全的，则分配完成若系统新状态是不安全的，则恢复原状态，进程等待
模拟实现Dijkstra的银行家算法以避免死锁的出现.分两部分组成:
第一部分:银行家算法(扫描)
1．如果Request<=Need,则转向2;否则,出错
2．如果Request<=Available,则转向3,否则等待
3．系统试探分配请求的资源给进程
4．系统执行安全性算法
第二部分:安全性算法
1.设置两个向量
(1).工作向量:Work=Available(表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源数目)
(2).Finish:表示系统是否有足够资源分配给进程(True:有;False:没有).初始化为False
2.若Finish[i]=False&&Need<=Work,则执行3;否则执行4(I为资源类别)
3.进程P获得第i类资源,则顺利执行直至完成!并释放资源:
Work=Work+Allocation; Finish[i]=true;转2
4. 若所有进程的Finish[i]=true,则表示系统安全;否则,不安全!
3、银行家算法流程图
初始化算法流程图：
银行家算法流程图： 安全性算法流程图：
4、银行家算法设计思路
在操作系统的设计中，我们往往无法回避一个问题，那就是进程对有限资源的占用问题。在计算机系统中有很多独占性的资源，在任一时刻，它们都只能被一个进程使用。常见的有打印机、磁带驱动器等。例如：两个进程同时打印会引起打印混乱。鉴于此，操作系统全都具有授权一进程（临时）独占地访问某一种资源的能力。
在很多情形中，需要一个进程独占地访问若干种资源而不是一种。例如将一个大文件由磁带拷贝至打印机，进程需要同时访问磁带驱动器和打印机，并且不允许其他进程这时访问它们。在只有一个进程的系统中，该进程可以要求任何它所需要的资源，然后进行工作。但是，在一个多道程序系统中，就有可能出现严重的问题。例如，两个进程分别准备打印一个非常大的磁带文件。进程A申请打印机，并得到授权。进程B申请磁带机，也得到授权。现在，A申请磁带机，但该请求在B释放磁带机前会被拒绝。不幸的是，B非但不放弃磁带机，而且去申请打印机，而A在申请到磁带机之前也不会释放打印机。这时，两个进程都被阻塞，并且保持下去，这种状况就是死锁（deadlock）.
下面系统阐述一下死锁的定义：所谓死锁，就是多个进程循环等待它方占有的资源而无限期的僵持下去的局面。显然，如果没有外力的作用，那么死锁涉及到的各个进程都将永远处于封锁状态。
计算机系统产生死锁的根本原因就是资源有限且操作不当。即：一种原因是系统提供的资源太少了，远不能满足并发进程对资源的需求。这种竞争资源引起的死锁是我们要讨论的核心。例如：消息是一种临时性资源。某一时刻，进程A等待进程B发来的消息，进程B等待进程C发来的消息，而进程C又等待进程A发来的消息。消息未到，A，B，C三个进程均无法向前推进，也会发生进程通信上的死锁。
我们可以对资源进行以下分类：
可重用资源(reusable resource)：每个时刻只有一个进程使用，但不会耗尽，在宏观上各个进程轮流使用。如CPU、主存和辅存、I/O通道、外设、数据结构如文件、数据库和信号量。有可能剥夺资源：由高优进程剥夺低优进程，或OS核心剥夺进程。
P1 P2
… …
Request(A) <a> Request(B) <a>
Request(B) <b> Request(A) <b>
Request(B) Request(A)
Request(A) Requsst(B)
可重用资源死锁
死锁发生：双方都拥有部分资源，同时在请求对方已占有的资源。如次序：P1<a> P2<a> P1<b> P2<b>
非可剥夺资源(consumable resource)：可以动态生成和消耗，一般不限制数量。如硬件中断、信号、消息、缓冲区内的数据。1034
Receive(P2,M); <a> Receive(P1,Q); <a>
Send(P2,N); <b> Send(P1,R); <b>
非可剥夺资源死锁
死锁发生：双方都等待对方去生成资源，如次序：P1<a> P2<a>
总的来说，死锁和不可剥夺资源有关。我们讨论的重点放在不可剥夺资源。
使用一资源事件的顺序如下：申请资源，使用资源，释放资源。
另一种原因是由于进程推进顺序不合适引发的死锁。资源少也未必一定产生死锁。就如同两个人过独木桥，如果两个人都要先过，在独木桥上僵持不肯后退，必然会因竞争资源产生死锁；但是，如果两个人上桥前先看一看有无对方的人在桥上，当无对方的人在桥上时自己才上桥，那么问题就解决了。所以，如果程序设计得不合理，造成进程推进的顺序不当，也会出现死锁。
其模型基于一个小城镇的银行家，他向一群客户分别承诺了一定金额的贷款，而他知道不可能所有客户同时都需要最大的贷款额。在这里，我们可将客户比作进程，银行家比作操作系统。银行家算法就是对每一个客户的请求进行检查，检查如果满足它是否会引起不安全状态。假如是，那么不满足该请求；否，那么便满足。
怎样得知一个状态是否安全呢？
所谓系统是安全的，是指系统中的所有进程能够按照某一种次序分配资源，并且依次地运行完毕，这种进程序列{P1，P2，…，Pn}就是安全序列。如果存在这样一个安全序列，则系统是安全的；如果系统不存在这样一个安全序列，则系统是不安全的。
更通俗一点地讲，检查状态是否安全的方法是看它是否有足够的剩余资源满足一个距最大需求最近的客户。如果有，那么这比投资被认为是能够收回的，然后接着检查下一个距最大需求最近的客户，如此反复下去。如果所有投资最终都被收回，那么该状态是安全的，最初的请求可以批准。
需要指出的是，不安全状态并不一定引起死锁，因为客户并不一定申请其最大贷款额度，但银行家不敢抱有这种侥幸心理。
在此，我们引入了两个向量：Resourse（资源总量）、Available（剩余资源量） 以及两个矩阵：Claim（每个进程的最大需求量）、Allocation（已为每个进程分配的数量）。它们共同构成了任一时刻系统对资源的分配状态。
向量模型：
R1 R2 R3
矩阵模型：
R1 R2P1
P2
P3
这里，我们设置另外一个矩阵：各个进程尚需资源量（Need）,可以看出
Need = Claim – Allocation
因此，我们可以这样描述银行家算法：
设Request[i]是进程Pi的请求向量。如果Request[i , j]=k，表示Pi需k个Rj类资源。当Pi发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查:
e．if (Request[i]<=Need[i]) goto (2);
else error(“over request”);
f．if (Request[i]<=Available[i]) goto (3);
else wait();
系统试探性把要求资源分给Pi（类似回溯算法）。并根据分配修改下面数据结构中的值。
Available[i] = Available[i] – Request[i] ；
Allocation[i] = Allocation[i] + Request[i]；
Need[i] = Need[i]-Request[i];
系统执行安全性检查，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以完成此次分配；若不安全，试探方案作废，恢复原资源分配表，让进程Pi等待。
系统所执行的安全性检查算法可描述如下：
设置两个向量：Free、Finish
工作向量Free是一个横向量，表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源数目，它含有的元素个数等于资源数。执行安全算法开始时，
Free = Available.
标记向量Finish是一个纵向量，表示进程在此次检查中中是否被满足，使之运行完成，开始时对当前未满足的进程做Finish[i] = false；当有足够资源分配给进程(Need[i]<=Free)时，Finish[i]=true，Pi完成，并释放资源。
从进程集中找一个能满足下述条件的进程Pi
① Finish[i] == false(未定)
② Need[i] <= Free (资源够分)
当Pi获得资源后，认为它完成，回收资源:
Free = Free + Allocation[i] ;
Finish[i] = true ;
Go to step(1);
试探此番若可以达到Finish[0..n]:=true，则表示系统处于安全状态，然后再具体为申请资源的进程分配资源。否则系统处于不安全状态。
我们还举银行家的例子来说明：设有客户A、B、C、D，单一资源即为资金（R）。
下列状态为安全状态，一个安全序列为：C->D->B->A
A 1 6
B 1 5
C 2 4
D 4 7
Available = (2) ; Resourse = (10) ;
可以看出，银行家算法从避免死锁的角度上说是非常有效的，但是，从某种意义上说，它缺乏实用价值，因为很少有进程能够在运行前就知道其所需资源的最大值，而且进程数也不是固定的，往往在不断地变化（如新用户登录或退出），况且原本可用的资源也可能突然间变成不可用（如磁带机可能坏掉）。因此，在实际中，如果有，也只有极少的系统使用银行家算法来避免死锁。
5、程序运行界面
6、结束语
银行家算法是避免死锁的一种重要方法，用高级语言编写和调试一个简单的银行家算法程序。加深了解有关资源申请、避免死锁等概念，并体会和了解死锁和避免死锁的具体实施方法。死锁的产生，必须同时满足四个条件，即一个资源每次只能由一个进程占用：第二个为等待条件，即一个进程请求资源不能满足时，它必须等待，但它仍继续保持已得到的所有其他资源：第四个为循环等待条件，系统中存在若干个循环等待的进程，即其中每一个进程分别等待它前一个进程所持有的资源。防止死锁的机构只能确保上述四个条件之一不出现，则系统就不会发生死锁。通过这个算法可用解决生活中的实际问题,如银行贷款等.
源文件程序
#include <iostream>
using namespace std;
#define MAXPROCESS 50 /*最大进程数*/
#define MAXRESOURCE 100 /*最大资源数*/
int AVAILABLE[MAXRESOURCE]; /*可用资源数组*/
int MAX[MAXPROCESS][MAXRESOURCE]; /*最大需求矩阵*/
int ALLOCATION[MAXPROCESS][MAXRESOURCE]; /*分配矩阵*/
int NEED[MAXPROCESS][MAXRESOURCE]; /*需求矩阵*/
int REQUEST[MAXPROCESS][MAXRESOURCE]; /*进程需要资源数*/
bool FINISH[MAXPROCESS]; /*系统是否有足够的资源分配*/
int p[MAXPROCESS]; /*记录序列*/
int m,n; /*m个进程,n个资源*/
void Init();
bool Safe();
void Bank();
int main()
{
Init();
Safe();
Bank();
}
void Init() /*初始化算法*/
{
int i,j;
cout<<“\t—————————————————“<<endl;
cout<<“\t|| ||”<<endl;
cout<<“\t|| 银行家算法 ||”<<endl;
cout<<“\t|| ||”<<endl;
cout<<“\t|| XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX ||”<<endl;
cout<<“\t|| ||”<<endl;
cout<<“\t|| 2004024031 2004024054 ||”<<endl;
cout<<“\t—————————————————“<<endl;
cout<<“请输入进程的数目:”;
cin>>m;
cout<<“请输入资源的种类:”;
cin>>n;
cout<<“请输入每个进程最多所需的各资源数,按照”<<m<<“x”<<n<<“矩阵输入”<<endl;
for(i=0;i<m;i++)
for(j=0;j<n;j++)
cin>>MAX[i][j];
cout<<“请输入每个进程已分配的各资源数,也按照”<<m<<“x”<<n<<“矩阵输入”<<endl;
for(i=0;i<m;i++)
{
for(j=0;j<n;j++)
{
cin>>ALLOCATION[i][j];
NEED[i][j]=MAX[i][j]-ALLOCATION[i][j];
if(NEED[i][j]<0)
{
cout<<“您输入的第”<<i+1<<“个进程所拥有的第”<<j+1<<“个资源数错误,请重新输入:”<<endl;
j–;
continue;
}
}
}
cout<<“请输入各个资源现有的数目:”<<endl;
for(i=0;i<n;i++)
{
cin>>AVAILABLE[i];
}
}
void Bank() /*银行家算法*/
{
int i,cusneed;
char again;
while(1)
{
cout<<“请输入要申请资源的进程号(注:第1个进程号为0,依次类推)”<<endl;
cin>>cusneed;
cout<<“请输入进程所请求的各资源的数量”<<endl;
for(i=0;i<n;i++)
{
cin>>REQUEST[cusneed][i];
}
for(i=0;i<n;i++)
{
if(REQUEST[cusneed][i]>NEED[cusneed][i])
{
cout<<“您输入的请求数超过进程的需求量!请重新输入!”<<endl;
continue;
}
if(REQUEST[cusneed][i]>AVAILABLE[i])
{
cout<<“您输入的请求数超过系统有的资源数!请重新输入!”<<endl;
continue;
}
}
for(i=0;i<n;i++)
{
AVAILABLE[i]-=REQUEST[cusneed][i];
ALLOCATION[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];
NEED[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];
}
if(Safe())
{
cout<<“同意分配请求!”<<endl;
}
else
{
cout<<“您的请求被拒绝!”<<endl;
for(i=0;i<n;i++)
{
AVAILABLE[i]+=REQUEST[cusneed][i];
ALLOCATION[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];
NEED[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];
}
}
for(i=0;i<m;i++)
{
FINISH[i]=false;
}
cout<<“您还想再次请求分配吗?是请按y/Y,否请按其它键”<<endl;
cin>>again;
if(again==’y’||again==’Y’)
{
continue;
}
break;
}
}
bool Safe() /*安全性算法*/
{
int i,j,k,l=0;
int Work[MAXRESOURCE]; /*工作数组*/
for(i=0;i<n;i++)
Work[i]=AVAILABLE[i];
for(i=0;i<m;i++)
{
FINISH[i]=false;
}
for(i=0;i<m;i++)
{
if(FINISH[i]==true)
{
continue;
}
else
{
for(j=0;j<n;j++)
{
if(NEED[i][j]>Work[j])
{
break;
}
}
if(j==n)
{
FINISH[i]=true;
for(k=0;k<n;k++)
{
Work[k]+=ALLOCATION[i][k];
}
p[l++]=i;
i=-1;
}
else
{ continue;
}
}
if(l==m)
{
cout<<“系统是安全的”<<endl;
cout<<“安全序列:”<<endl;
for(i=0;i<l;i++)
{
cout<<p[i];
if(i!=l-1)
{
cout<<“–>”;
}
}
cout<<“”<<endl;
return true;
}
}
cout<<“系统是不安全的”<<endl;
return false;
