死锁

死锁

1.概念

1定义

1、指在并发环境下，各进程因竞争资源而造成的一种互相等待对方手里资源，导致各进程都阻塞，都无法向前推进的现象，就是“死锁”

2、发生死锁后，如果无外力干涉，则这些进程将永远无法向前推进。

2.死锁、饥饿、死循环的区别

2.死锁产生的条件

1.互斥条件

只有对必须互斥使用的资源的争夺才会导致死锁

2.不可剥夺条件

进程所获得的资源在未使用之前，不能由其他进程强行夺走，只能主动释放

3.请求和保持条件

进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源又被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但又对自己已有的资源保持不放。

4.循环等待条件

存在一种进程资源的循环等待链，链中的每一个进程都已获得的资源同时被下一个进程所请求。（如哲学家问题中，所有哲学家都拿起了左手边的筷子，等待右手边的筷子）

注意：

1、发生死锁时一定有循环等待，但是发生循环等待时，未必死锁，同类资源数大于1时，循环等待是死锁的必要不充分条件。（比如同类资源数大于1，有一个不在循环等待链中，且已使用完资源，释放后，循环等待链中的某一个进程得以推进，循环链被破坏，不会发生死锁）

2、当系统中资源数为1时，构成循环等待链则是死锁的充分条件

3.什么时候发生死锁

1.对系统资源的竞争

2.进程推进顺序非法

3.信号量使用不当也会造成死锁

总之，对不可剥夺资源的不合理分配，可能导致死锁

4.死锁的处理策略

1.预防死锁

破坏死锁产生的四个必要条件中的一个或几个

2.避免死锁

用某种方法防止系统进入不安全状态，从而避免死锁（银行家算方法）

3.死锁检测和解除

允许死锁的发生，不过操作系统会负责检测出死锁的发生，然后采取某种措施解除死锁

5.预防死锁-死锁处理

1.破坏互斥条件

1.互斥条件：只用对必须互斥使用的资源的争夺才会导致死锁

2.破坏互斥条件：

1）将只能互斥使用的资源改造为允许共享使用，则系统不会进入死锁状态，比如：SPOOLing技术。

2）SPOOLing技术是把独占设备在逻辑上改造成共享设备。（如打印机）

3.该策略的缺点：

并不是所有的资源都可以改造成共享使用的资源。并且为了系统安全，很多地方还必须保护这种互斥性。因此，很多时候都无法破坏互斥条件

2.破坏不可剥夺条件

1.不可剥夺条件

进程所获得的资源在未使用之前，不能由其他进程强行夺走，只能主动释放

2.破坏不可剥夺条件：

1）方式1：

当某个进程请求新的资源得不到满足时，它必须立即释放保持的所有资源，待以后需要时再重新申请。也就是说，即使某些资源尚未使用完，也需要主动释放，从而破坏了不可剥夺条件。

2）方式2：

当某个进程需要的资源被其他进程所占有时，可以由操作系统协助，将想要的资源强行剥夺。这种方式一般需要考虑各进程的优先级（比如：剥夺调度方式，就是将处理机资源强行剥夺给优先级更高的进程使用）

3.该策略的缺点：

1）实现起来复杂

2）释放已获得的资源可能造成前一阶段工作的实效。因此这种方法一般只适用于易保存和恢复状态的资源，如CPU

3）反复地申请和释放资源会增加系统开销，降低系统吞吐量

4）若采用方案1，意味着只要暂时得不到某个资源，之前获得的那些资源都需要放弃，以后再重新申请。如果一直发生这样的情况，就会导致进程饥饿。

3.破坏请求和保持条件

1.请求和保持条件：

进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源又被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但又对自己已有的资源保持不放。

2.破坏请求和保持条件：

即进程在运行前一次申请完它所需要的全部资源，在它的资源未满足前，不让他投入运行。一旦投入运行后，这些资源就一直归他所有，该进程就不会再请求别的任何资源了。

3.优点：实现起来简单

4.缺点：

有些资源可能只需要用很短的时间，因此如果进程的真个运行期间都一直保持着所有资源，就会造成严重的资源浪费，资源利用率极低。另外，该策略也有可能导致某些进程饥饿。

进程饥饿例子：

p1拥有A类资源才能运行，p2拥有B类资源才能运行，p3同时拥有A和B类资源才能运行，加入P1源源不断申请A资源，则C一直没办法推进，导致C饥饿

4.破坏循环等待条件

1.循环等待条件：

进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源又被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但又对自己已有的资源保持不放。

2.破坏循环等待条件

可采用顺序资源分配法。首先给系统中的资源编号，规定每个进程必须按编号递增的顺序请求资源，同类资源（即编号相同的资源）一次申请完。

3.原理分析：

一个进程只有已占有小编号的资源时，才有资格申请大编号的资源。按此规划，已持有大编号资源的进程不可能逆向地回来申请小编号的资源，从而无法构成循环等待链。

4.缺点：

1）不方便增加新的设备，因为可能需要重新分配所有的编号

2）进程实际使用资源的顺序可能和编号递增的顺序不一致，会导致资源浪费

3）必须按规定次序申请资源，用户编程麻烦。

6.避免死锁-死锁处理

1.什么事安全序列

1、指入如果系统按照这种序列分配资源，则每个进程都顺利完成。只要找出一个安全序列，系统就是安全状态。当然，安全序列可能有多个。

2、如果分配了资源之后，系统中找不到任何一个安全序列，则系统就进入了不安全状态。这就意味着之后可能所有进程都无法顺利执行下去。当然，如果有进程提前归还了一些资源，那系统也有可能重新回到安全状态，不过在分配资源之前总要考虑到最坏的情况。

3、如果系统处于安全状态，就一定不会发生死锁。如果系统进入不安全状态，就可能发生死锁（处于不安全状态未必就是发生了死锁，但发生了死锁，一定是在不安全状态）

4、因此，在分配资源之前，可以预先判断这次分配是否会导致系统进入不安全状态，以此决定是否答应资源分配请求。这也是银行家算方法的思想。

2.银行家算法-避免死锁

1.核心思想

在进程提出资源申请时，先预判此次分配是否会导致系统进入不安全状态。如果会进入不安全状态，就暂时不答应这次请求，让该进程先阻塞等待。

2.安全性算法

如图：

安全性算法执行过后，得到安全序列如下图：

考试过程中快速找到安全序列方法：

3.银行家算法

如下图

4.总结

7.死锁的检测-死锁处理

1.原因

为了对系统是否已发生了死锁进行检测，必须

1.用某种数据节后来保存资源的请求和分配信息

2.提供一种算法，利用上述信息检测系统是否已进入死锁状态

如下图：

2.死锁的检测

资源分配图如果可完全简化，则一定没有发生死锁；

3.死锁检测的算法

4.死锁的解除-死锁处理