操作系统第三章死锁问题（2）

产生死锁的原因和必要条件

多道程序系统借助并发执行改善资源利用率，提高系统吞吐量，但可能发生一种危险——死锁。

死锁（Deadlock）：指多个进程在运行过程中，因争夺资源而造成的一种僵局。当进程处于这种状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。

死锁（Deadlock）: 指进程之间无休止地互相等待!

饥饿（Starvation）:指一个进程无休止地等待！

产生死锁的原因可归结为如下两点：

1.竞争资源。系统中供多个进程共享的资源如打印机、公用队列等的数目不满足需要时，会引起资源竞争而产生死锁。

2.进程间推进顺序非法。进程在运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，同样会导致死锁。

竞争资源引起进程死锁

可把系统中的资源分为两类：

v可剥夺和非剥夺性资源

�可剥夺性资源：分配给进程后可以被高优先级的进程剥夺。如CPU和主存。

�不可剥夺性资源：分配给进程后只能在进程用完后释放。如磁带机、打印机等。

v永久性资源和临时性资源

�永久性：打印机。可顺序重复使用

�临时性：进程产生被其他进程短暂使用的资源，如数据资源：“生产者/消费者”算法中的信号量。。它可能引起死锁。

2、进程推进顺序不当引起死锁   

v进程在运行中具有异步性特征，多个进程按向前推进的顺序有两种情况：

1)推进顺序合法

2)推进顺序非法

3、产生死锁的必要条件

v形成死锁的四个必要条件（四个条件都具备就会死锁，缺一就不会死锁）

①互斥条件：进程对所分配到的资源进行排他性使用

②请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，又提出新的资源请求，而新请求资源被其他进程占有只能造成自身进程阻塞，但对自己已获得的其他资源保持不放，必然影响其他进程。

③不剥夺条件：进程已获得的资源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

4、处理死锁的基本方法

①预防死锁

v设置限制条件，破坏四个必要条件的一个或几个，预防发生死锁。

v较易实现。限制条件的严格也会导致系统资源利用率和系统吞吐量降低。

②避免死锁

v不须事先限制，破坏四个必要条件，而是在资源的动态分配过程中，用某种方法去防止系统进入不安全状态，从而避免发生死锁。

v这种事先加以较弱限制的方法，实现上有一定难度，但可获较高的资源利用率及系统吞吐量，目前在较完善的系统中，常用此方法来避免发生死锁。

事后处理：

③检测死锁。

v允许系统运行过程中发生死锁，但通过系统检测机构可及时的检测出，能精确确定与死锁有关的进程和资源；然后采取适当的措施，从系统中将已发生的死锁清除掉。

④解除死锁。

v与死锁检测配套的一种措施。

v常用的实施方法：撤销或挂起一些进程，以便回收一些资源并将他们分配给已阻塞进程，使之转为就绪以继续运行。

v死锁的检测与解除措施，有可能使系统获得较好的资源利用率和吞吐量（死锁几率不一定很高），但在实现上难度也最大。

银行家算法避免死锁

  最有代表性的避免死锁的算法，是Dijkstra的银行家算法。由于该算法能用于银行系统现金贷款的发放而得名。

  【思路描述】：随时对系统中的所有资源信息进行统计，包括每种资源的数量、已分配给各进程的数量；每当进程提出某种资源请求时判断该请求分配后是否安全，如果安全才分配。对每个资源请求的处理都要保证系统始终从一个安全状态到另一个安全状态。

v利用资源分配图简化法来检测死锁。

简化方法如下：

  1.在资源分配图中找出一个既不阻塞又非独立的进程结点Pi，在顺利的情况下运行完毕，释放其占有的全部资源。

  2.由于释放了资源，这样能使其它被阻塞的进程获得资源继续运行。消去了Pi的边。

  3.经过一系列简化后，若能消去图中所有边，使结点都孤立，称该图是可完全简化的。

   S状态为死锁状态的充分条件是当且仅当S状态的资源分配图是不可完全简化的。<死锁定理>