操作系统——死锁

    本文我们学习一下死锁问题。

    死锁概念：由于竞争资源或者通信关系，两个或更多线程在执行中出现，永远相互等待只能由其他进程引发的事件。

    举个例子：

   

    在上图中我们假设桥梁的每一段都是一个资源，当两辆车同时行驶到桥梁中央时，由于桥段比较窄，所以只允许一辆车通过。但是由于双方都想要占用这一段资源，因此谁也不让谁，都在等着对方，而这种等待是没有结果的，这时候就可能会出现死锁了。

    理解了死锁的概念，我们就来看看出现死锁的必要条件：

    1.互斥：任何时刻只能有一个进程使用一个资源实例

    2.持有并等待：进程保持至少一个资源，并正在等待获取其他进程持有的资源

    3.非抢占：资源只能在进程使用后自愿释放

    4.循环等待：存在等待进程集合{P0，P1，...，PN} ，P0正在等待P1所占用的资源，P1 正在等待P2占用的资源，...PN-1在等待PN所占用资源，PN正在等待P0所占用的资源。

    既然有死锁，就有死锁处理的方法。死锁的处理方法主要有四种：1.死锁预防：确保系统永远不会进入死锁状态；2.死锁避免：在使用前进行判断，只允许不会出现死锁的进程请求资源；3.死锁检测和恢复：在检测到运行系统进入死锁状态后，进行恢复；4.由应用进程处理死锁：通常操作系统忽略死锁，大多数操作系统（包括UNIX）的做法。

    下面，我们就来详细讲解这几种处理方式：

    死锁预防：限制申请方式

    预防是采用某种策略，限制并发进程对资源的请求，使系统在任何时刻都不满足死锁的必要条件。

•     互斥：把互斥的共享资源封装成可同时访问
•     持有并等待：进程请求资源时，要求它不持有任何其他资源；仅允许进程在开始执行时，一次请求所有需要的资源
•     非抢占：如进程请求不能立即分配的资源，则释放已占有资源；只在能够同时获得所有需要资源时，才执行分配操作
•     循环等待：对资源排序，要求进程按顺序请求资源

    死锁避免

    利用额外的先验信息，在分配资源时判断是否会出现死锁，只在不会死锁时分配资源。

•     要求进程声明需要资源的最大数目
•     限定提供与分配的资源数量，确保满足进程的最大需求
•     动态检查的资源分配状态，确保不会出现环形等待

    死锁检测和恢复

    允许系统进入死锁状态，但是需要维护系统的资源分配图，定期检测图中是否存在死锁，出现死锁时，用死锁恢复机制进行恢复。

    死锁恢复:  终止所有的死锁进程，一次只终止一个进程直到死锁消除。