计算机操作系统——死锁(产生的必要条件与处理死锁的四个关卡)

计算机操作系统——死锁

前言：死锁：指多个进程因竞争共享资源而造成的一种僵局，若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进。如果死锁发生，会浪费大量的系统资源，甚至会导致系统崩溃。

关于死锁的结论：

参与死锁的进程最少是两个
参与死锁的所有进程都在等待资源
参与死锁的进程是当前系统中所有进程的子集

一、死锁产生的必要条件

1. 互斥条件
进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内，某资源只能被一个进程所占用。如果此时还有其他进程请求该资源，则请求进程只能等待，直至占有该资源的进程用完并释放资源。

2. 请求和保持条件
进程已经保持了至少一个资源，但又提出新的资源请求，而该进程已经被其他进程占有，此时进行请求的进程将被阻塞，进入阻塞队列，但是对自己已经获得的资源保持不放。

3. 不可抢占条件
进程已获得的资源在未使用之前不能被抢占，只能在进程使用完时由自己释放。

4. 循环等待条件
在发生死锁时，必然存在一个进程–资源的循环链，即进程集合{P0，P1，…，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。

二、处理死锁的方法

1. 预防死锁

（1）破坏“请求和保持”条件
（2）破坏“不可抢占”条件
可剥夺资源：即当某进程新的资源未满足，释放已占有的资源
（3）破坏“循环等待”条件
资源有序分配法：系统给每类资源赋予一个编号，每一个进程按编号递增的顺序请求资源，释放则相反。

2. 避免死锁

利用银行家算法避免死锁。Dijkstra的银行家算法，原本是为银行系统设计的，以确保银行在发放现金贷款时，不会发生不能满足所有客户需要的情况。
为实现银行家算法，每一个新进程在进系统时，它必须申明在运行过程中，可能需要每种资源类型的最大单元数目，其数目不应超过系统所拥有的资源总量。当进程请求一组资源时，系统必须首先确定是否有足够的资源分配给该进程。如果有，再进一步运算将资源分配给该进程后，是否会使系统处于不安全状态。如果不会，才将资源分配给该进程。

银行家算法中的数据结构：
（1）可利用资源向量Available
代表可利用的资源数目。
（2）最大需求矩阵Max
代表各进程对各类资源的最大需求。
（3）分配矩阵Allocation
代表各进程当前已分配的各类资源数目。
（4）需求矩阵Need 代表各进程尚需要的各类资源数目。最大需求矩阵减去分配矩阵（Need[i,j] = Max[i,j] - Allocation[i,j]）

银行家算法的过程：

银行家算法例题：

3. 检测死锁

为了能对系统中是否发生了死锁进行检测，在系统中必须：保存有关资源的请求和分配信息；提供一种算法，它利用这些信息来检测系统是否已经进入死锁状态。

安全性算法：
设置两个向量
a.工作向量Work：提供给进程继续运行所需的各类资源数目。它含有m个元素，在安全算法开始时Work = Available
b.Finash：它表示系统是否有足够的资源分配给进程，使之运行完成。开始时，先令Finish[i] = false;当有足够资源分配给进程时，再令Finish[i] = true;

4. 解除死锁

当发现有进程死锁后，便应立即把它从死锁状态中解脱出来，常用的方法：
（1）剥夺（抢占）资源法：从其它进程剥夺足够数量的资源给死锁进程，以解除死锁状态。
（2）撤销（终止）进程法：可以直接撤销死锁进程或撤销代价最小的进程，直至有足够的资源可用，死锁状态消除为止；所谓的代价是指优先级、运行代价、进程的重要性和价值等。
（3）进程回退法：需要设置还原点，让一个或多个死锁进程回退到足够避免死锁的地步。