【操作系统复习】Unit2-4：死锁

4.1 死锁的概念

死锁：一组进程中，每个进程都无限等待被该组进程中其它进程所占有的资源，在无外力介入的条件下，将因永远分配不到资源而无法运行的现象

死锁发生的原因：资源竞争、并发执行顺序的不当

竞争不可剥夺资源引起死锁，对可剥夺资源的竞争不会引起死锁

死锁发生的四个必要条件

1. 互斥条件：一段时间内某资源只能由一个进程占用
2. 请求和占有条件/请求并保持条件：指进程已经占有至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。
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：指在发生死锁时，必然存在一个进程— —资源的环形链（资源分配图含圈，但不一定会发生死锁，因为同类资源数可能大于1）

活锁：是指任务或者执行者没有被阻塞，由于某些条件没有满足，导致一直重复尝试，失败，尝试，失败。

• 处于活锁的实体是在不断的改变状态，即所谓的“活”；活锁有可能自行解开，死锁则不能。避免活锁的简单方法是采用先来先服务的策略。

4.2 处理死锁的基本方法

不允许死锁发生：

• 预防死锁（静态）
• 避免死锁（动态）：在资源分配之前进行判断

允许死锁发生

• 检测与解除死锁
• 无所作为：鸵鸟算法

4.2.1 死锁预防

破坏死锁的四个必要条件，限制进程有关资源的申请。

1. 打破互斥条件：即允许进程同时访问某些资源。eg：Spooling技术
2. 打破占有且申请条件：可以实行资源预先分配策略。只有当系统能够满足当前进程的全部资源需求时，才一次性地将所申请的资源全部分配给该进程，否则不分配任何资源。
   1. 这种策略的缺点：程序执行是动态的，不可预测其所需要的全部资源
   2. 资源利用率低，有些资源可能只在最后才用到一次，但会被一直占用
   3. 降低了程序的并发性。资源有限+会存在浪费
3. 打破不可剥夺条件：即允许进程强行从占有者那里夺取某些资源。就是说，当一个进程已占有了某些资源，它又申请新的资源，当不能立即被满足时，须释放所占有的全部资源，以后再重新申请。这种预防死锁的方法实现起来困难，会降低系统性能
4. 打破循环等待条件：实行资源有序分配策略。对资源的请求必须严格按资源序号递增的顺序提出。存在以下缺点：
   1. 限制了进程对资源的请求，同时给系统中所有资源合理编号也是件困难事，并增加了系统开销；
   2. 为了遵循按编号申请的次序，暂不使用的资源也需要提前申请，从而增加了进程对资源的占用时间。

4.2.2 死锁避免

对进程所发出的每一个申请资源命令进行动态检查。死锁避免不严格限制产生思索的四个必要条件，不限制进程有关资源的申请。

并非所有的不安全状态都是死锁状态，但当系统进入不安全状态后，便可能进入死锁。

银行家算法 【王道P141】

银行家算法的特点：

• 允许互斥、部分分配和不可抢占，可提高资源利用率
• 要求事先说明最大资源要求，在现实中很困难

4.2.3 死锁检测和解除

死锁检测算法主要是根据资源分配图/进程-资源图检查是否有循环等待。

框表示资源，圆圈表示进程

死锁定理：系统中某个时刻t为死锁状态的充要条件是t时刻系统的资源分配图是不可完全化简的。

死锁解除

死锁解除重要的是以最小的代价恢复系统的运行

• 撤消进程：强制撤掉部分甚至全部死锁的进程，直至有足够的资源可用，死锁状态消除为止
• 剥夺资源：使用挂起挂起一些死锁进程，剥夺它们的资源以解除死锁，待条件满足时，再激活进程
• 进程回退法：让一个/多个进程回退到足以回避死锁的地步