操作系统-死锁

1. 死锁的定义

多线程以及多进程改善了系统资源的利用率并提高了系统 的处理能力。然而，并发执行也带来了新的问题-死锁。

死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当前进程处于这种状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。

关于死锁的一些结论：

• 参与死锁的进程数至少为两个
• 参与死锁的所有进程均等资源
• 参与死锁的进程至少有两个已经占有资源
• 死锁进程是系统中当前进程集合的一个子集
• 死锁会浪费大量系统资源，甚至导致系统崩溃

2. 产生死锁的原因

1. 竞争资源
   当系统中供多个进程共享的资源如打印机、公用队列等，其数目不足以满足诸进程的需要时，会引起诸进程对资源的竞争而产生死锁。
2. 进程间推进顺序非法
   进程在运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，也同样会导致产生死锁。

（1）竞争资源引起进程死锁
可把系统中的资源分为两类：
* 可剥夺性资源：资源分配给进程后可以被高优先级的进程剥夺，如CPU,主存。
* 不可剥夺资源：分配给进程后只能在进程用完后才释放的资源，如磁带机、打印机等。

3. 产生死锁的必要条件

1. 互斥条件
   进程访问的是临界资源，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其他进程请求该资源，则请求者只能等待，直至占有该资源的进程用完释放。
2. 请求和保持条件
   一进程在请求新的资源的同时，保持对已分配资源的占有。
3. 不可剥夺条件
   指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。
4. 环路等待条件
   指在发送死锁时，必然存在一个进程-资源的环形链。

• 例：某系统中有3个并发进程，都需要同类资源4个，试问该系统不会发生死锁的最少资源数是（ ）
  A、9 B、10 C、11 D、12

解决方法：首先每个进程给n-1个资源，也就是4-1个，然后再给其中一个进程多分一个资源即可，也就是3*（n-1）+ 1 = 10个资源数，即选B。

4. 处理死锁的基本方法

在系统中已经出现死锁后，则应及时检测到死锁的发生，并采用适当措施来解除死锁。
目前处理死锁的方法可归结为四种：

（1） 预防死锁
是一种较简单和直观的事先预防方法。该方法是通过设置某些限制条件，去破坏产生死锁的四个必要条件的一个或几个，来预防发生死锁。

• 摒弃“请求和保持”条件
• 摒弃“不剥夺”条件
• 摒弃“环路等待”条件

（2） 避免死锁
该方法同样是属于事先预防的策略，这种方法不是预先加上各种限制条件以预防产生死锁的可能性，而是用某种方法去防止系统进入不安全状态，使死锁不至于最终发生。

• 银行家算法避免死锁

（3）检测死锁
这种方法并不须事先采取任何限制措施，也不必检查系统是否已经j进入不安全区。
此方法允许系统在运行过程中发生死锁，但可通过系统所设置的检测机构，及时的检测出死锁的发生，并精确的确定与死锁有关的进程和资源；然后采取适当的措施，从系统中将已发生的死锁清除掉。

（4）解除死锁
是与死锁检测相配套的一种措施。当检测到系统中已发生死锁时，须将进程从死锁状态中解脱出来。

• 常用的实施方法是撤销或挂起一些进程，以便回收一些资源，再将这些资源分配给已处于阻塞状态的进程，使之转为就绪状态，以继续运行。
• 死锁的检测与解除措施，有可能使系统获得较好的资源利用率和吞吐量，但在实现上难度也最大。