操作系统的死锁

最新推荐文章于 2023-05-10 18:00:54 发布

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死锁的概念：
- 死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源造成的一种僵局。若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。
可剥夺资源和不可剥夺资源
- 系统中的资源可以分为两类，一类是可剥夺资源，是指某进程在获得这类资源后，该资源可以再被其他进程或系统剥夺。例如，优先权高的进程可以剥夺优先权低的进程的处理机。又如，内存区可由存储器管理程序，把一个进程从一个存储区移到另一个存储区，此即剥夺了该进程原来占有的存储区，甚至可将一进程从内存调到外存上，可见，CPU和主存均属于可剥夺性资源。另一类资源是不可剥夺资源，当系统把这类资源分配给某进程后，再不能强行收回，只能在进程用完后自行释放，如磁带机、打印机等。
产生死锁的原因：
1. 竞争资源引起进程死锁
  1. 竞争不可剥夺资源
    在系统中所配置的不可剥夺资源，由于它们的数量不能满足诸进程运行的需要，会使进程在运行过程中，因争夺这些资源而陷于僵局。例如，系统中只有一台打印机R1和一台磁带机R2，可供进程P1和P2共享。假定PI已占用了打印机R1，P2已占用了磁带机R2，若P2继续要求打印机R1，P2将阻塞；P1若又要求磁带机，P1也将阻塞。于是，在P1和P2之间就形成了僵局，两个进程都在等待对方释放自己所需要的资源，但是它们又都因不能继续获得自己所需要的资源而不能继续推进，从而也不能释放自己所占有的资源，以致进入死锁状态。
  2. 竞争临时性资源
    上面所说的打印机资源属于可顺序重复使用型资源，称为永久资源。还有一种所谓的临时资源，这是指由一个进程产生，被另一个进程使用，短时间后便无用的资源，故也称为消耗性资源，如硬件中断、信号、消息、缓冲区内的消息等，它也可能引起死锁。例如，SI，S2，S3是临时性资源，进程P1释放消息S1，又要求从P3接收消息S3；进程P3释放消息S3，又要求从进程P2处接收消息S2；进程P2释放消息S2，又要求从P1处接收产生的消息S1。如果消息通信按如下顺序进行：

P1: ···Release（S1）；Request（S3）； ···//P1先Relese（S1），在Request（S3）时阻塞
P2: ···Release（S2）；Request（S1）； ···//P2顺利执行
P3: ···Release（S3）；Request（S2）； ···//P3顺利执行，P3执行之后P1被唤起就绪-执行
并不可能发生死锁。但若改成下述的运行顺序：

P1: ···Request（S3）；Release（S1）；···//P1在Request（S3）时发生阻塞，不执行Relese（S1）
P2: ···Request（S1）；Release（S2）； ···//P2在Request（S1）时发生阻塞，不执行Relese（S2）
P3: ···Request（S2）；Release（S3）； ···//同上。故发生死锁

进程推进顺序不当引起死锁
由于进程在运行中具有异步性特征，这可能使P1和P2两个进程按下述两种顺序向前推进。

当进程P1和P2并发执行时，如果按照下述顺序推进：
P1：Request（R1）; P2：Request（R2）; 
P1：Request（R2）; P2：Request（R1）; 
P1: Release（R1）; P2: Release（R2）; 
P1: Release（R2）; P2: Release（R1）; 
只要其中的一个线程能一起拿到两个资源，这两个进程便可顺利完成，这种不会引起进程死锁的推进顺序是合法的。
但若P1保持了资源R1,P2保持了资源R2，系统处于不安全状态，因为这两个进程再向前推进，便可能发生死锁。

死锁产生的四个必要条件：虽然进程在运行过程中，可能发生死锁，但死锁的发生也必须具备一定的条件，死锁的发生必须具备以下四个必要条件。
1. 互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。
2. 请求和保持条件：指进程已经保持至少一个资源，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，即进程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。
处理死锁的方法：
- 预防死锁：
  1. 摒弃“请求和保持”条件：
    进程在申请资源时，是一次性的。
    - 如何摒弃“请求“：当进程来时，一次性分配所有的资源（如果系统满足），这样就不会再有”请求“了。
    - 如何摒弃“保持“：只要有一个资源得不到分配，也不给这个进程分配其他的资源。
  2. 摒弃“不可剥夺”条件:在这种方法中，进程是逐个提出对资源的要求的。如果一个进程，获得了部分资源，但得不到其它资源，这时，它释放自己所占用的资源。
  3. 摒弃“环路等待”条件：把资源排序，当进程申请资源时，按序申请。
- 避免死锁：
  事先预防，并不是破坏产生死锁的四个必要条件，而是用某种方法去防止系统进入不安全状态，目前在较完善的系统中，常用此方法：银行家算法。
- 安全状态：
  是指系统能按照某种进程顺序（P1,P2,…Pn），来为每一个进程Pi分配其所需要的资源，直到满足每个进程对资源的最大需求，使每个进程都可顺利地完成。如果系统无法找到这样一个安全序列，则称系统处于不安全状态。
- 检测死锁：
  并不事先采取任何限制性的措施，也不必检查系统是否已经进入不安全区，此方法允许发生死锁，关键是，发生死锁了，系统可以通过检测机构发现死锁，并精确确定与死锁有关的进程和资源，然后，采取适当措施，从系统中将已经发生的死锁清除。
- 解除死锁：
  这是与检测死锁配套使用。当检测到系统已经发生了死锁，要将进程从死锁状态中解脱出来。常用的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经处于阻塞状态的进程，使之转为就绪状态，以继续运行。