死锁是什么

死锁是指两个或多个进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法向前推进。

死锁的发生原因

死锁的发生必须同时满足以下四个必要条件：

1. 互斥条件
   资源不能被共享，一次只能被一个进程使用。例如，打印机在同一时刻只能被一个进程使用，如果一个进程正在打印，其他需要打印的进程就必须等待。

2. 请求与保持条件
   一个进程在请求新的资源的同时，还保持对原有资源的占有。比如，一个进程已经占用了内存空间A，又去请求磁盘空间B，而磁盘空间B已经被另一个进程占用，此时这个进程既不释放内存空间A，又等待磁盘空间B。

3. 不可剥夺条件
   已被分配的资源不能被强制性地剥夺，只能由占有它的进程自行释放。例如，一个进程占用了CPU资源，其他进程无法强制将其从CPU上剥夺下来，只能等待该进程主动释放。

4. 循环等待条件
   存在一个进程链，链中的每个进程都至少占有一个资源，同时又等待链中下一个进程所占有的资源。比如，进程P1持有资源R1并等待资源R2，进程P2持有资源R2并等待资源R1，这就形成了一个循环等待。

避免死锁的方法

为了避免死锁的发生，可以采用以下几种策略：

1. 预防死锁
   通过破坏死锁的四个必要条件之一来预防死锁的发生。

   • 破坏互斥条件：将资源改为可共享资源，但这在很多情况下是不现实的，因为有些资源本质上就是不可共享的，如打印机。

   • 破坏请求与保持条件：要求进程在请求资源时，必须一次性申请其在整个运行过程中所需要的全部资源。如果系统有足够的资源分配给该进程，则一次性分配给它；否则，让该进程等待，直到系统能满足其全部资源需求为止。例如，一个进程在运行前，必须先申请到它需要的所有内存空间、磁盘空间和其他资源，否则就不让它运行。

   • 破坏不可剥夺条件：允许进程强行从占有者手中夺取某些资源。例如，对于某些资源，系统可以采用剥夺的方式，当一个进程等待时间过长时，系统可以强制剥夺其他进程占用的资源分配给它，但这可能会导致其他进程运行失败。

   • 破坏循环等待条件：通过规定资源的使用顺序来避免循环等待。例如，给系统中的资源编号，进程申请资源时必须按照编号顺序申请。如果进程P1已经占有了编号为1的资源，那么它只能申请编号大于1的资源，这样就不会出现循环等待的情况。

2. 避免死锁
   系统在进行资源分配时，动态地检查系统的状态，以确保此次分配不会导致死锁。一种常见的方法是采用银行家算法。

   • 银行家算法：系统在进行资源分配时，先计算此次分配后系统的状态是否安全。安全状态是指系统能按某种序列为进程分配所需的资源，而不会导致死锁。如果此次分配会导致系统进入不安全状态，那么系统就拒绝此次分配，等待进程释放资源后再重新尝试。例如，系统中有多个进程多种和资源，每个进程都有最大需求资源量和当前已分配资源量，系统会根据这些信息来判断是否可以安全地分配资源。

3. 检测与恢复
   允许系统进入死锁状态，但通过检测死锁并采取措施恢复来解决死锁问题。

   • 死锁检测：系统定期检查是否存在死锁。例如，系统可以设置一个检测程序，定期检查进程的资源分配情况和等待情况，通过构建资源分配图来判断是否存在循环等待。

   • 死锁恢复：一旦检测到死锁，系统可以采取措施来解除死锁。一种方法是选择一个或多个进程作为牺牲品，剥夺它们的资源并将其分配给其他进程，以打破死锁。例如，系统可以选择等待时间最长的进程作为牺牲品，剥夺其占用的资源，让其他进程能够继续运行。