死锁这磨人的小妖精

在开始之前，我们先要了解什么是死锁。死锁就像几个小伙伴抢玩具，每个人都抱着一个不撒手，又想要别人的，结果谁都玩不了，全部僵在那里。在计算机里，这就是进程互相等待对方释放资源，导致谁都无法继续执行。

银行家算法：风险评估大师

银行家算法的核心思想就是“风险评估”。它会模拟资源的分配，看看当前状态是否安全，也就是说，是否能找到一个进程执行的顺序，让所有进程都能顺利完成。如果评估下来不安全，那就不分配，宁可让进程等等。

算法的关键数据结构

要实现银行家算法，我们需要几个重要的数据结构：

1. `Available`（可用资源）： 表示系统中当前可用的各种资源的数量。比如，`Available[i]` 表示第 `i` 种资源还有多少个。

2. `Max`（最大需求）： 表示每个进程最多需要各种资源的数量。`Max[i][j]` 表示第 `i` 个进程最多需要第 `j` 种资源的数量。

3. `Allocation`（已分配资源）： 表示每个进程当前已经分配到各种资源的数量。`Allocation[i][j]` 表示第 `i` 个进程已经分配到第 `j` 种资源的数量。

4. `Need`（需求资源）： 表示每个进程还需要各种资源的数量。`Need[i][j] = Max[i][j] - Allocation[i][j]`。

5. `Finish`（完成标志）： 表示每个进程是否已经完成。初始状态，所有进程都未完成，即 `Finish[i] = false`。

算法步骤，一步一个脚印

银行家算法主要分为两个部分：

1. 安全性检查（Safety Algorithm）： 检查当前系统状态是否安全。

* 初始化 `Work = Available` 和 `Finish` 数组。

* 寻找一个满足以下条件的进程 `i`：

* `Finish[i] == false`（未完成）

* `Need[i] <= Work`（需要的资源小于等于可用资源）

* 如果找到这样的进程，执行：

* `Work = Work + Allocation[i]`（假设进程 `i` 完成，释放资源）

* `Finish[i] = true`（标记进程 `i` 完成）

* 回到第二步，继续寻找下一个满足条件的进程。

* 如果找不到这样的进程，检查 `Finish` 数组，如果所有进程都完成了，说明系统安全，否则不安全。

2. 资源请求（Resource-Request Algorithm）： 当一个进程请求资源时，银行家算法会进行如下操作：

* 检查请求的资源是否小于等于 `Need` 和 `Available`。如果都满足，则进入下一步，否则拒绝请求。

* 假设分配资源给进程：

* `Available = Available - Request`

* `Allocation = Allocation + Request`

* `Need = Need - Request`

* 调用安全性检查算法，看看新的状态是否安全。

* 如果安全，则正式分配资源。

* 如果不安全，则撤销上面的假设分配，让进程等待。

C语言代码示例 (简化版，仅供参考)

```c

#include

#include

// 假设有3个进程，3种资源

#define PROCESSES 3

#define RESOURCES 3

int Available[RESOURCES] = {3, 3, 2};

int Max[PROCESSES][RESOURCES] = {{7, 5, 3}, {3, 2, 2}, {9, 0, 2}};

int Allocation[PROCESSES][RESOURCES] = {{0, 1, 0}, {2, 0, 0}, {3, 0, 2}};

int Need[PROCESSES][RESOURCES];

bool Finish[PROCESSES];

bool isSafe() {

int Work[RESOURCES];

for (int i = 0; i < RESOURCES; i++) {

Work[i] = Available[i];

printf("Work[%d]:%d\n", i,Work[i]);

}

for (int i = 0; i < PROCESSES; i++) {

Finish[i] = false;

printf("finish[%d]:%d\n", i,Finish[i]);

}

int count = 0;

while (count < PROCESSES) {

bool found = false;

for (int i = 0; i < PROCESSES; i++) {

if (!Finish[i]) {

bool canExecute = true;

for (int j = 0; j < RESOURCES; j++) {

if (Need[i][j] > Work[j]) {

canExecute = false;

break;

}

}

if (canExecute) {

for (int j = 0; j < RESOURCES; j++) {

Work[j] += Allocation[i][j];

}

Finish[i] = true;

found = true;

count++;

printf("Process %d completed. Work: ", i);

for (int k = 0; k < RESOURCES; k++) {

printf("%d ", Work[k]);

}

printf("\n");

}

}

}

if (!found) {

printf("System is not safe.\n");

return false;

}

}

printf("System is safe.\n");

return true;

}

int main() {

// 初始化 Need 矩阵

for (int i = 0; i < PROCESSES; i++) {

for (int j = 0; j < RESOURCES; j++) {

Need[i][j] = Max[i][j] - Allocation[i][j];

printf("Need[%d][%d]:%d\n", i,j,Need[i][j]);

}

}

if (isSafe()) {

printf("Safe sequence exists.\n");

} else {

printf("No safe sequence exists.\n");

}

return 0;

}

```

总结：安全第一，效率第二

银行家算法牺牲了一定的资源利用率，来保证系统的安全性，避免死锁的发生。它是一种比较保守的资源分配策略，但对于关键系统来说，安全性是至关重要的。掌握银行家算法，就相当于掌握了操作系统资源分配的“尚方宝剑”，让你在资源管理方面更加游刃有余。