死锁的原理以及避免算法

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1.死锁的定义

进程的死锁是指当两个或者多个进程互相持有对方所需要的资源，但双方都不释放资源，使得双方都处于等待状态，无法前往执行，从而产生死锁。
线程的死锁是指当多个线程去申请临界资源时申请公共的锁，可能两者在申请相互的锁，导致两者被挂起，这样就产生死锁了

2.死锁产生的原因

2.1：竞争资源引起进程死锁

当系统中供多个进程共享的资源如打印机、公用队列的等，其数目不足以满足诸进程的需要时，会引起诸进程对资源的竞争而产生死锁。

2.2：可剥夺资源和不可剥夺资源

系统中的资源分为两类：
可剥夺资源：一个进程获得资源后可以被其他进程抢占或者被系统剥夺，例如：优先权高的进程可以抢占优先权低的进程，再比如：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
不可剥夺资源：一个进程从系统得到资源后，系统就不能再回收该资源，也不能被其他人剥夺，只有等到该资源被进程释放后才可以被其他进程使用。比如：打印机

2.3：竞争不可剥夺资源

因为不可剥夺资源是有限的，并不一定能够满足进程的需要，所以会使进程在运行时在竞争这些资源而陷入死锁

2.4：竞争临时资源

一个进程产生的资源，被另一个进程使用，并且短时间内没有资源再产生了，也叫做消耗资源
比如：有p1，p2，p3三个进程，p1向p2发送消息并接受p3发送的消息，p2向p3发送消息并接受p2的消息，p3向p1发送消息并接受p2的消息，如果设置是先接到消息后发送消息，则所有的消息都不能发送，这就造成死锁。

2.5：进程推进顺序不当引起死锁

比如有两个进程P1,P2,都需要资源A，B，规定的顺序是P1先访问A资源，再访问B资源，然后P2再访问A资源，再访问B资源，但是进程间并不一定按照这个顺序进行，可能P1访问A资源，P2在访问B资源，因为就产生了死锁

3.死锁的产生必须满足一下特定的条件

• 1.资源互斥和不共享：进程对于所分配的资源具有排它性，即一个资源只能被一个进程占用，直到被该进程释放，不能与其它进程共享该资源
• 2.请求和保持条件：一个进程已经得到一个资源，依然去请求新的资源（即保持当前资源再去请求新资源）
• 3.资源不可剥夺性：任何一个资源在没有被释放之前，任何进程都不可以对它剥夺占用。
• 4.循环等待条件：当发生死锁时，所等待的进程必定会形成一个环路（类似于死循环），造成永久阻塞，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。

4.防止死锁的方法

即：只要破坏死锁产生的四个必要条件之一，就可以防止死锁了
但是目前没有那个操作系统可以实现，因此目前的方法是避免死锁而不是防止死锁

4.1.破坏资源互斥和不共享

资源可以共享就不会出现资源占用而等待问题，但是有的资源是不能共享的，比如打印机这类资源具有互斥性，所以破坏应有的互斥条件是不可靠的

4.2.破坏请求和保持条件

所以进程在运行前必须一次性申请够自己所需要的资源，这样就不会在运行期间去申请资源了，破坏了请求条件。即使一种资源不能满足它的需求时，也不会给它分配新的空闲资源，这样它就没有资源可申请，也就破坏了保持条件。
但是缺点是系统资源被严重浪费，其中有些资源可能仅在运行初期或运行快结束时才使用，甚至根本不使用。而且还会导致“饥饿”现象，当由于个别资源长期被其他进程占用时，将致使等待该资源的进程迟迟不能开始运行

4.3.破坏资源不可剥夺性

当一个进程保持某些不可剥夺资源时，请求新的资源时得不到满足，它必须释放已经保持的所有资源，待以后需要时再重新申请。
但是缺点是实现起来太复杂，释放已获得资源可能造成前面所做的工作不起作用，并且在请求和释放资源的过程中开销太大，降低了系统的吞吐量。这种方法常用于状态易于保存和恢复的资源。如CPU中的寄存器和内存资源，一般不能用于打印机类资源。

4.4.破坏循环等待条件

可采用线性资源分配法，先给每个进程分配序列号，规定每个进程按序列号递增的顺序进行申请资源，如果想要申请序列号低的资源，就必须释放相同的序列号资源或者更高的资源。
但是缺点是编号必须相对稳定，如果有新设备增加时，它的顺序就可能要发生变化，这就造成了多余工作量。还有经常会发生作业使用顺序和规定系列号顺序不一样，造成资源的浪费。并且这种规定顺序申请资源的方法必然会给编程者带来麻烦。

5.避免死锁的算法

5.1:线性资源分配法

这种算法资源必须按照某种规则给系统中的所有资源统一编号（例如打印机为1、磁带机为2、磁盘为3、等等），申请时必须申请序列号高的资源。系统要求申请进程：
1、对它所必须使用的而且属于同一类的所有资源，必须一次申请完；
2、在申请不同类资源时，必须按各类设备的编号依次申请。例如：进程P1，使用资源的顺序是R1，R2； 进程P2，使用资源的顺序是R2，R1；若采用动态分配有可能形成环路条件，造成死锁。
采用有序资源分配法：R1的编号为1，R2的编号为2；
P1：申请次序应是：R1，R2
P2：申请次序应是：R1，R2
这样就破坏了环路条件，避免了死锁的发生

5.2:系统安全状态法

即在系统分配资源之前，就应该检测此次资源分配的安全性，如果此次分配资源会导致进程进入不安全状态，那就等待，如果不会，则分配资源。

5.3:银行家算法

四个条件：
1.分批向银行贷款时，申请的总额不能超过一开始申请的额度。
2.申请贷款时不能超过银行现有资金数目
3.当银行资金不能满足顾客贷款需求时，可以推迟支付，但是肯定会让顾客在需求时间内得到贷款
4.顾客拿到贷款后必须在规定时间内归还。