系統(tǒng)安全狀態(tài)的定義
1．安全狀態(tài)
在避免死鎖的方法中，允許進(jìn)程動(dòng)態(tài)地申請(qǐng)資源，但系統(tǒng)在進(jìn)行資源分配之前，應(yīng)先計(jì)算此次資源分配的安全性。若此次分配不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)，則將資源分配給進(jìn)程；否則，令進(jìn)程等待。
雖然并非所有的不安全狀態(tài)都必然會(huì)轉(zhuǎn)為死鎖狀態(tài)，但當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)后，便有可能進(jìn)而進(jìn)入死鎖狀態(tài)；反之，只要系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，系統(tǒng)便可避免進(jìn)入死鎖狀態(tài)。
因此，避免死鎖的實(shí)質(zhì)在于：系統(tǒng)在進(jìn)行資源分配時(shí)，如何使系統(tǒng)不進(jìn)入不安全狀態(tài)。
利用銀行家算法避免死鎖
1．銀行家算法中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
(1) 可利用資源向量Available。這是一個(gè)含有m個(gè)元素的數(shù)組，其中的每一個(gè)元素代表一類可利用的資源數(shù)目，其初始值是系統(tǒng)中所配置的該類全部可用資源的數(shù)目，其數(shù)值隨該類資源的分配和回收而動(dòng)態(tài)地改變。如果Available[j]=K，則表示系統(tǒng)中現(xiàn)有Rj類資源K個(gè)。
(2) 最大需求矩陣Max。這是一個(gè)n×m的矩陣，它定義了系統(tǒng)中n個(gè)進(jìn)程中的每一個(gè)進(jìn)程對(duì)m類資源的最大需求。如果Max[i,j]=K，則表示進(jìn)程i需要Rj類資源的最大數(shù)目為K。
(3) 分配矩陣Allocation。這也是一個(gè)n×m的矩陣，它定義了系統(tǒng)中每一類資源當(dāng)前已分配給每一進(jìn)程的資源數(shù)。如果Allocation[i,j]=K，則表示進(jìn)程i當(dāng)前已分得R j類資源的數(shù)目為K。
(4) 需求矩陣Need。這也是一個(gè)n×m的矩陣，用以表示每一個(gè)進(jìn)程尚需的各類資源數(shù)。如果Need[i,j]=K，則表示進(jìn)程i還需要R j類資源K個(gè)，方能完成其任務(wù)。
上述三個(gè)矩陣間存在下述關(guān)系：
Need[i, j]=Max[i, j]-Allocation[i, j]
2．銀行家算法
設(shè)Request i是進(jìn)程Pi的請(qǐng)求向量，如果Request i[j]=K，表示進(jìn)程P i需要K個(gè)R j類型的資源。當(dāng)P i發(fā)出資源請(qǐng)求后，系統(tǒng)按下述步驟進(jìn)行檢查：
(1) 如果Request i[j]≤Need[i,j]，便轉(zhuǎn)向步驟(2)；否則認(rèn)為出錯(cuò)，因?yàn)樗枰馁Y源數(shù)已超過它所宣布的最大值。
(2) 如果Request i[j]≤Available[j]，便轉(zhuǎn)向步驟(3)；否則，表示尚無足夠資源，Pi須等待。
(3) 系統(tǒng)試探著把資源分配給進(jìn)程P i，并修改下面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)值：
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(jìn)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(jìn)程Pi等待。
3．安全性算法
系統(tǒng)所執(zhí)行的安全性算法可描述如下：
(1) 設(shè)置兩個(gè)向量：
① 工作向量Work，它表示系統(tǒng)可提供給進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行所需的各類資源數(shù)目，它含有m個(gè)元素，在執(zhí)行安全算法開始時(shí)，Work:=Available。
② Finish，它表示系統(tǒng)是否有足夠的資源分配給進(jìn)程，使之運(yùn)行完成。開始時(shí)先做Finish[i]:=false；當(dāng)有足夠資源分配給進(jìn)程時(shí)，再令Finish[i]:=true。
(2) 從進(jìn)程集合中找到一個(gè)能滿足下述條件的進(jìn)程：
① Finish[i]=false；
② Need[i,j]≤Work[j]；若找到，執(zhí)行步驟(3)，否則，執(zhí)行步驟(4)。
(3) 當(dāng)進(jìn)程Pi獲得資源后，可順利執(zhí)行，直至完成，并釋放出分配給它的資源，故應(yīng)執(zhí)行：
Work[j]:= Work[j]+Allocation[i,j]；
Finish[i]:=true；
go to step （2）；
(4) 如果所有進(jìn)程的Finish[i]=true都滿足，則表示系統(tǒng)處于安全狀態(tài)；否則，系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)。
4．銀行家算法實(shí)例
假定系統(tǒng)中有五個(gè)進(jìn)程{P0，P1，P2，P3，P4}和三類資源{A，B，C}，各種資源的數(shù)量分別為10、5、7，在T0時(shí)刻的資源分配情況如圖示。 （先忽略P1第二行的括號(hào)）
(1)T0時(shí)刻的安全性：利用安全性算法對(duì)T0時(shí)刻的資源分配情況進(jìn)行分析如下圖可知，在T0時(shí)刻存在著一個(gè)安全序列{P1，P3，P4，P2，P0}，故系統(tǒng)是安全的。
(2) ?P1請(qǐng)求資源：P1發(fā)出請(qǐng)求向量Request1(1，0，2)，系統(tǒng)按銀行家算法進(jìn)行檢查：
① Request1(1，0，2)≤Need1(1，2，2)
② Request1(1，0，2)≤Available1(3，3，2)
③ 系統(tǒng)先假定可為P1分配資源，并修改Available，Allocation1和Need1向量，形成的資源變化情況如下圖圓括號(hào)所示
④ 再利用安全性算法檢查此時(shí)系統(tǒng)是否安全。如圖所示。
(3) ?P4請(qǐng)求資源：P4發(fā)出請(qǐng)求向量Request4(3，3，0)，系統(tǒng)按銀行家算法進(jìn)行檢查：
① Request4(3，3，0)≤Need4(4，3，1)；
② Request4(3，3，0)≥Available(2，3，0)，讓P4等待。（附：操作系統(tǒng)第三版這里寫成了≤符號(hào)，需更正）
(4) ?P0請(qǐng)求資源：P0發(fā)出請(qǐng)求向量Requst0(0，2，0)，系統(tǒng)按銀行家算法進(jìn)行檢查：
① Request0(0，2，0)≤Need0(7，4，3)；
② Request0(0，2，0)≤Available(2，3，0)；
③ 系統(tǒng)暫時(shí)先假定可為P0分配資源，并修改有關(guān)數(shù)據(jù)，如圖所示。
(5) 進(jìn)行安全性檢查：可用資源Available(2，1，0)已不能滿足任何進(jìn)程的需要，故系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)不分配資源。
本文由Cout_Sev 搜集整理
自《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第三版）》（西安電子科技大學(xué)出版社），
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