死锁

定义：进程A占有资源R1，等待进程B 占有的资源Rr；进程B占有资源Rr，等待进程A占有的资源R1；

类比：两辆车相向过桥，A车在桥左面行驶，B车在桥右面行驶，且桥只允许一辆车通过，此时发送死锁；

某一时刻，进程A等待进程B发来的消息，进程B等待进程C发来的消息，而进程C又 等待进程A发来的消息。消息未到，A，B，C三个进程均无法向前推进，也会发生进程通信上的死锁。

死锁原因：

系统提供的资源太少了，远不能满足并发进程对资源的需求；

另一种原因是由于进程推进顺序不合适引发的死锁；

资源少 也未必一定产生死锁。就如同两个人过独木桥，如果两个人都要先过，在独木桥上僵持不肯后退，必然会应竞争资源产生死锁；但是，如果两个人上桥前先看一看有 无对方的人在桥上，当无对方的人在桥上时自己才上桥，那麽问题就解决了。所以，如果程序设计得不合理，造成进程推进的顺序不当，也会出现死锁。

死锁条件：

〈1〉互斥条件。即某个资源在一段时间内只能由一个进程占有，不能同时被两个或两个以上的进程占有。

〈2〉不可抢占条件。进程所获得的资源在未使用完毕之前，资源申请者不能强行地从资源占有者手中夺取资源，而只能由该资源的占有者进程自行释放。如过独木 桥的人不能强迫对方后退，也不能非法地将对方推下桥，必须是桥上的人自己过桥后空出桥面（即主动释放占有资源），对方的人才能过桥。

〈3〉占有且申请条件。进程至少已经占有一个资源，但又申请新的资源；由于该资源已被另外进程占有，此时该进程阻塞；但是，它在等待新资源之时，仍继续占 用已占有的资源。还以过独木桥为例，甲乙两人在桥上相遇。甲走过一段桥面（即占有了一些资源），还需要走其余的桥面（申请新的资源），但那部分桥面被乙占 有（乙走过一段桥面）。甲过不去，前进不能，又不后退；乙也处于同样的状况。

〈4〉循环等待条件。存在一个进程等待序列{P1，P2，...，Pn}，其中P1等待P2所占有的某一资源，P2等待P3所占有的某一 源，......，而Pn等待P1所占有的的某一资源，形成一个进程循环等待环。就像前面的过独木桥问题，甲等待乙占有的桥面，而乙又等待甲占有的桥面， 从而彼此循环等待。

预防死锁：

打破占有且申请条件。可以实行资源预先分配策略；

（1）在许多情况下，一个进程在执行之前不可能知道它所需要的全部资源。这是由于进程在执行时是动态的，不可预测的；

（2）资源利用率低。无论所分资源何时用到，一个进程只有在占有所需的全部资源后才能执行。即使有些资源最后才被该进程用到一次，但该进程在生存期间却一直占有它们，造成长期占着不用的状况。这显然是一种极大的资源浪费；

（3）降低了进程的并发性。因为资源有限，又加上存在浪费，能分配到所需全部资源的进程个数就必然少了。

打破循环等待条件，实行资源有序分配策略。采用这种策略，即把资源事先分类编号，按号分配，使进程在申请，占用资源时不会形成环路。所有进程对资源的请求必须严格按资源序号 递增的顺序提出。进程占用了小号资源，才能申请大号资源，就不会产生环路，从而预防了死锁。这种策略与前面的策略相比，资源的利用率和系统吞吐量都有很大 提高，但是也存在以下缺点：

（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。

银行家算法是从当前状态出发，逐个按安全序列检查各客户谁能完成其工作，然后假定其完成工作且归还全部贷款，再进而检查下一个能完成工作的客户，......。如果所有客户都能完成工作，则找到一个安全序列，银行家才是安全的。

  下面我们再来看一看死锁检测算法。算法使用的数据结构是如下这些：      

      占有矩阵A：n*m阶，其中n表示并发进程的个数，m表示系统的各类资源的个数，这个矩阵记录了每一个进程当前占有各个资源类中资源的个数。

       申请矩阵R：n*m阶，其中n表示并发进程的个数，m表示系统的各类资源的个数，这个矩阵记录了每一个进程当前要完成工作需要申请的各个资源类中资源的个数。

       空闲向量T：记录当前m个资源类中空闲资源的个数。

       完成向量F：布尔型向量值为真（true）或假（false），记录当前n个并发进程能否进行完。为真即能进行完，为假则不能进行完。

       临时向量W：开始时W：=T。

算法步骤：

     （1）W：=T，

     对于所有的i=1，2，...，n，

     如果A[i]=0，则F[i]：=true；否则，F[i]：=false

     （2）找满足下面条件的下标i：

     F[i]：=false并且R[i]〈=W

     如果不存在满足上面的条件i，则转到步骤（4）。

     （3）W：=W+A[i]

     F[i]：=true

     转到步骤（2）

     （4）如果存在i，F[i]：=false，则系统处于死锁状态，且Pi进程参与了死锁。什麽时候进行死锁的检测取决于死锁发生的频率。如果死锁发生的频 率高，那麽死锁检测的频率也要相应提高，这样一方面可以提高系统资源的利用率，一方面可以避免更多的进程卷入死锁。如果进程申请资源不能满足就立刻进行检 测，那麽每当死锁形成时即能被发现，这和死锁避免的算法相近，只是系统的开销较大。为了减小死锁检测带来的系统开销，一般采取每隔一段时间进行一次死锁检 测，或者在CPU的利用率降低到某一数值时，进行死锁的检测。