操作系统基础：死锁

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🔥 系列专栏：OS从基础到进阶

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🐦1 死锁的概念

🦢1.1 总览

🦢1.2 什么是死锁

🦢1.3 死锁、饥饿、死循环的区别

🐧1.3.1 概念

🐧1.3.2 区别

🦢1.4 死锁产生的必要条件

死锁的产生必须满足以下四个基本条件

🐧1.4.1 互斥条件

🐧1.4.2 不剥夺条件

🐧1.4.3 请求和保持

🐧1.4.4 循环等待

可以类比于哲学家问题的死锁情况，如图

注意：

假如在上图的哲学家问题中，有第六个哲学家手里有筷子，那么意味着同类资源数大于1，只要第六个哲学家提供筷子就可以解决死锁的局面。

🦢1.5 什么时候会发生死锁

🦢1.6 死锁的处理策略

🦢1.7 总结

🐦2 死锁的处理策略——预防死锁

🦃2.1 总览

死锁只有在上述四个条件全部满足时才会产生，因此只要破坏其中的任何一个就可以避免死锁。

🦃2.2 破坏互斥条件

🦆2.2.1 什么是互斥条件？

🦆2.2.1 如何破坏？

当存在互斥条件时，比如说对打印机的使用是互斥的，则可能会出现阻塞的情况：

为此可以采用SPOOLing技术，将互斥资源在逻辑上打造成为共享资源。对于上述情况，可以增加一个缓冲空间，它接收了来自进程对打印机的使用请求，并将请求存储起来，一个一个的实现，如图：

🦆2.2.3 缺点

🦃2.3 破坏不剥夺条件

🦆2.3.1 什么是不剥夺条件

🦆2.3.2 如何破坏不剥夺条件

🦆2.3.3 缺点

🦃2.4 破坏请求和保持条件

🦆2.4.1 解释

🦆2.4.2 如何破坏

🦆2.4.3 缺点

例如，假如现在有A、B、C三类进程，A需要资源1，B需要资源2，C需要资源1、2。假如源源不断的有A、B类进程申请资源，则C类进程始终等不到资源1、2空闲的时候，就会造成饥饿。

🦃2.5 破坏循环等待条件

🦆2.5.1 解释

🦆2.5.2 如何破坏

🦆2.5.3 缺点

🦃2.6 总结

🐦3 死锁的处理策略——避免死锁

🦅3.1 总览

🦅3.2 安全序列

🦅3.3 不安全状态

🦅3.4 银行家算法

假设此时共有n个进程，m种资源

🦉3.4.1 定义以下变量

（1）可用资源向量available[m]：记录第m种资源当前可利用的数量
（2）最大需求向量max[i][j]：记录第i个进程对第j种资源的最大需求量
（3）分配矩阵allocation[i][j]：记录第i个进程拥有第j种资源的数量
（4）请求向量request[i][j]：记录第i个进程对第j种资源的申请量
（5）需求矩阵need[i][j]：记录第i个矩阵第第j种资源的需求量。等于分配矩阵与分配矩阵的差值

🦉3.4.2 银行家算法的步骤

第④步的安全性检查的步骤为

🐦4 死锁的检测和解除

🦩4.1 总览

🦩4.2 死锁的检测

🦚4.2.1 检测死锁的前提条件

🦚4.2.2 数据结构

定义以下符号

具体如图所示

🦚4.2.3 检测算法

（1）关于可完全简化

（2）算法内容

（3）具体实现解释
①无死锁
在示意图中，R1此时的资源数量为0，而R2此时的资源数量为1，而P1像R2申请的资源数为1，小于等于剩余的资源数，故抹去P1。
之后，R1剩余资源数为2，P2申请资源数为1，可以满足，因此不会发生死锁。
②有死锁

这是一个典型的死锁图，P1申请R1，R1分配给了P2，P2申请R2，R2分配给了P3，P3申请R3，R3分配给了P1、P2。三者都在等待对方释放资源，导致了死锁情况。
事实上，本图找不到既不堵塞又不孤立的进程。检测算法不能继续。

（4）补充

🦩4.3 死锁的解除

🦚4.3.1 解除死锁的办法

🦚4.3.2 进程撤销根据

①进程优先级：优先级越高的自然越不应该被首先撤销

②还要多久才可以完成：显然，进程完成所需时间越短，它就越不应该被首先撤销，应该撤销那些还要很久才可以完成的进程

③已执行多长时间：撤销执行时间越长的进程，那么意味着之后还要花更长的时间去完成，系统付出的代价也越大。所以，执行时间越短的进程应该被首先撤销。

④进程已经使用了多少资源。一个进程所拥有资源的数量越多，撤销它而彻底解除死锁局面的可能性就越大，就更应该被首先撤销。

⑤进程是交互式的还是批处理式的。撤销交互式的进程对于用户的体验可能不是很好，因此应首先撤销批处理式的进程

🦩4.4 总结

🕮 5 总结

操作系统，如默默守护的守夜者，无声地管理硬件与软件的交流，为计算机创造和谐秩序。

它是无形的引导者，让复杂的任务变得井然有序，为用户提供无忧体验。

操作系统的巧妙设计，让计算机变得更加智能高效，让人与科技之间的交流更加顺畅。

在每一次启动中，它如信任的伙伴，带领我们进入数字世界的奇妙旅程。

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