巧用银行家算法模拟法避免死锁

2023-05-15 06:06:09

银行家算法：防止死锁的资源分配方案

理解银行家算法

想象一下你是银行的经理，需要在有限的资金资源下，为众多客户分配贷款。如何做出最优的决策，避免出现贷款死锁？银行家算法应运而生，它是一种用于防止死锁的资源分配算法，模拟了客户对资源的最大需求、已分配资源和需要资源的情况，以及银行当前可用的资金数量。银行家算法的核心思想是：当系统处于安全状态时，才可以分配资源给客户，否则必须等待资源变得可用。

实现银行家算法

为了实现银行家算法，我们需要定义以下数据结构：

客户数组： 存储客户的最大资源需求、已分配资源和需要资源。
可用资源向量： 存储银行当前可用的资金数量。
安全序列： 存储客户可以安全执行贷款操作的顺序。

银行家算法步骤

初始化： 将客户数组和可用资源向量初始化为初始状态。
查找安全序列： 使用Safe()函数查找一个安全序列，如果存在，则算法可以继续进行，否则终止。
分配资源： 将资金分配给客户，并更新客户数组和可用资源向量。
检查死锁： 如果分配资源后出现死锁，则算法终止，否则继续执行。

示例代码

def Init(customers, resources):
    # 初始化客户数组和可用资源向量
    customer_array = [[] for _ in range(len(customers))]
    available_resources = [resources[r] for r in resources]
    return customer_array, available_resources

def Safe(customers, resources):
    # 查找安全序列
    safe_sequence = []
    while customers:
        # 找到一个可以安全执行贷款操作的客户
        for i, customer in enumerate(customers):
            if all(customer[2][r] <= resources[r] for r in resources):
                # 将客户添加到安全序列
                safe_sequence.append(i)
                # 更新客户数组和可用资源向量
                for r in resources:
                    resources[r] += customer[1][r]
                    customer[1][r] = 0
                # 从客户数组中移除客户
                customers.pop(i)
                break
    return safe_sequence

def Allocate(customer, resources):
    # 分配资源给客户
    for r in resources:
        resources[r] -= customer[2][r]
        customer[1][r] += customer[2][r]

def CheckDeadlock(customers, resources):
    # 检查死锁
    deadlock = True
    while deadlock:
        deadlock = False
        for customer in customers:
            if all(customer[2][r] <= resources[r] for r in resources):
                # 客户可以安全执行贷款操作
                Allocate(customer, resources)
                deadlock = True
    return deadlock

if __name__ == "__main__":
    # 定义客户数组和可用资源向量
    customers = [
        [0, [0, 1, 0], [0, 0, 2]],
        [1, [1, 0, 2], [1, 3, 0]],
        [2, [2, 0, 1], [0, 2, 1]]
    ]
    resources = {"A": 3, "B": 3, "C": 2}

    # 初始化银行家算法
    customer_array, available_resources = Init(customers, resources)

    # 查找安全序列
    safe_sequence = Safe(customers, available_resources)

    # 分配资源给客户
    for customer in safe_sequence:
        Allocate(customers[customer], available_resources)

    # 检查死锁
    deadlock = CheckDeadlock(customers, available_resources)

    # 输出结果
    print("安全序列：", safe_sequence)
    print("死锁状态：", deadlock)