操作系统中的死锁

什么是死锁？

• 死锁：各进程相互等待对方手里的资源，导致各进程都阻塞，无法向前推进的现象
• 饥饿：由于长期得不到想要的资源，某进程无法向前推进的现象。比如：在短进程优先(SPF)算法中，若有源源不断的短进程到来，则长进程将一直得不到处理机，从而发生长进程“饥饿”，
• 死循环：某进程在执行的过程中一直跳不出某个循环的现象。有时是因为程序逻辑bug导致的，有时是程序员故意设计的

进程死锁、饥饿、死循环的区别

死锁产生的必要条件

死锁必须同时满足以下四个条件：只要其中任一条件不成立，死锁就不会发生

• 1.互斥条件：只有对必须互斥使用的资源的争抢才会导致死锁（如哲学家的筷子、打印机设备等）、像内存、扬声器这样可以同时让多个进程使用的资源时不会导致死锁的（因为进程不用阻塞等待这种资源）
• 2.不剥夺条件：进程所获得的资源在未使用完之前，不能其它进程强行夺走，只能主动释放
• 3.请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源又被其它进程占有，此时请求进程被阻塞，但又对自己已有的资源保持不放
• 4.循环等待条件：存在一种进程资源的循环等待链，链中的每一个进程已获得的资源同时被下一个进程所请求

注意！发生死锁时一定会存在循环等待，但是发生循环等待时未必死锁（循环等待是发生死锁的必要不充分条件）
如果同类资源数大于1，则即使有循环等待，也未必发生死锁。但是如果系统中每类资源都只有一个，那么循环等待就是死锁的充分必要条件

什么时候会发生死锁

• 1.对系统资源的竞争。各进程对不可剥夺的资源（如打印机）的竞争可能引起死锁，对可剥夺的资源（CPU）的竞争时不会引起死锁的
• 2.进程推进顺序非法。请求和释放资源的顺序不当，也同样会导致死锁。例如，并发执行的进程P1、P2分别申请并占有了资源R1、R2，之后进程P1又紧接着申请资源R2，而进程P2又申请资源R1，两者会因为申请的资源被对方占有而阻塞，从而发生死锁
• 3.信号量的使用不当也会造成死锁。如生产者-消费者问题中，如果互斥的P操作在实现同步的P操作之前，就有可能导致死锁。（可以把互斥信号量，同步信号量也看做是一种抽象的系统资源）
• 总之，对不可剥夺的资源不合理分配时，就可能发生死锁

死锁的处理策略

1.预防死锁。破坏死锁产生的四个必要条件中的一个或几个

• 互斥条件：只有对必须互斥使用的资源的争抢才会导致死锁
• 破坏互斥条件：
• 如果把只能互斥使用的资源改造为允许共享使用，则系统不会进入死锁状态。
  * 不剥夺条件：进程所获得的的资源在未使用完之前，不能由其它进程强行夺走，只能主动释放
• 破坏不剥夺条件：
  • 方案1：当某个进程请求新的资源得不到满足时，他必须立即释放保持的所有资源，待以后需要时再重新申请。也就是说，即使某些资源尚未使用完，也需要主动释放，从而破坏了不可剥夺条件
  • 方案2：当某个进程需要的资源被其他进程所占有的时候，可以由操作系统协助，将想要的资源强行剥夺。这种方式一般需要考虑各进程的优先级（比如：剥夺调度方式，就是将处理机资源强行剥夺给优先级更高的进程使用）
    * 破坏请求和保持条件
    * 破坏循环等待条件：
    

2.避免死锁。用某种方法防止系统进入不安全状态，从而避免死锁（银行家算法）

3.死锁的检测和解除。允许死锁的发生，不过操作系统会负责检测出死锁的发生，然后采取某种措施解除死锁