产生死锁的条件和解决死锁的方法

1. 死锁问题的情景

例如：系统中只有一台扫描仪R1和一台刻录机R2.有两个进程P1和P2，他们都准备将扫描的文档刻录到光盘上，进程P1先请求扫描仪并获得成功，进程P2先请求刻录机并获得成功。后来P1又请求刻录机，因为刻录机被分配给了了P2而导致阻塞；P2又请求扫描仪，因为扫描仪被分配给了P1而导致阻塞。双方都希望对方能释放资源而成全自己，但是双方都不让步，然后就一直僵持下去。

再例如哲学家进餐问题也是死锁的问题场景。

2. 死锁产生的四个必要条件

只要其中任意一个不成立，则死锁就不会发生。

（1）互斥条件；即在一段时间内，一个资源只能被一个进程占用。

（2）请求和保持条件；进程已经获得了某种资源，但又提出了新的资源的要求，而该资源已经被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但对自己保持的资源不放。

（3）不可抢占资源；进程已获得的资源在未使用完成之前不能被其他进程抢占。

（4）循环等待条件；在发生死锁时，必然存在一个循环链。

3. 处理死锁的方法

（1）预防死锁

去破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或几个来预防死锁的产生。

（2）避免死锁

在资源的动态分配过程中，用某种方法防止系统进入不安全状态，避免死锁的发生。

（3）检测死锁

通过检测机构检测出死锁的发生，然后采取适当的措施。

（4)  解除死锁

当检测到死锁已经发生时，撤销一些进程，回收他们的资源，将他们分配给其他需要的进程，使其继续运行。

4. 预防死锁

由于互斥条件是保护临界资源的一种措施，所以不仅不能改变，还要加以保证。所以只能破坏其他三个条件。

（1）破坏“请求和保持条件”

第一种协议：进程必须一次性的申请所需的所有资源，并且系统有足够的资源分配给他，否则就不分配。

这种协议的优点是简单，易行且安全，但存在很大的问题，比如资源严重浪费和是进程发生饥饿现象。

第二种协议：允许一个进程只获得运行初期的所需资源，在进程运行过程中，将运行完成的资源释放，然后再请求其他所需资源。

（2）破坏“不可抢占条件”

将不可抢占变成可抢占的资源，实现起来较为复杂，且需要付出很大的代价。

（3）破坏“循环条件”

将循环条件改为层次分配策略

5. 避免死锁

在资源的动态分配过程中，防止系统进入不安全状态，以避免发生死锁。

安全状态：只要存在一种可以顺利完成任务的顺序就属于安全状态。

不安全状态：没有任意一种顺序使任务顺利完成。

利用银行家算法避免死锁

银行家算法是Dijkstra提出的，该算法最初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求的情况。

为实现银行家算法，每一个新进程在进入系统时，必须申明在运行过程中，可能需要的资源的最大单元数目，其数目不应该超过系统资源总量。

（1) 银行家算法中的数据结构

系统中设置了四个数据结构，分别是系统中可利用的资源，所有进程对资源的最大需求，系统中的资源分配，所有进程还需资源的数目。

1）可利用资源向量Available。这是一个含有m个元素的数组，他表示了系统中可利用的每种资源的数目；如果Available[j]=K,则表示系统中现有Rj个资源K个。

2）最大需求矩阵Max。这是一个n*m的矩阵，表示了系统中的进程对某类资源的最大需求；如果Max[i,j]=K,则表示进程i需要的Rj类资源的最大数目为K个。

3）分配矩阵Allocation。这是一个n* m的矩阵，表示了系统中每一类资源分配给每一进程的资源数；如果Allocation[i,j]=K,则表示该进程i已经获得Rj资源的数目为K个。

4）需求矩阵Need。这也是一个n*m的矩阵，表示每一个进程需要的各类资源数；如果Need[i,j]=K，则表示该进程i 还需要Rj资源的数目为K个。

上述三个矩阵存在如下关系：

                         Need[ i, j ]=Max[ i, j ]- Allocation[ i, j ]

（2）. 银行家算法

设Request i 是进程Pi的请求向量，如果Requesti[ j ]=K，表示进程 Pi 需要 K 个 Rj 类型的资源，当Pi发出请求时，系统按照如下步骤进行检查：

 

(1)如果Requesti [ j ]<= Need[ i ][ j ]，则转（2)；否则，认为它所需要的资源超过它所申请的最大值；

(2)如果Requesti [ j ]<= Avaliable[ j ]，则转（3)；否则，表示系统中的资源不满足需求。

(3)系统试探分配资源，修改相关数据：

Avaliable [ j ]-=Request[ i ][ j ] ;
Allocation[ i ][ j ]+=Requeat[ i ][ j ];

Need[ i ][ j ]-=Request[ i ][ j ];

(4)系统执行安全性检查，如安全，则分配成立；否则试探险性分配作废，系统恢复原状，进程等待。

6. 死锁的解除

解除死锁的方法：

（1）抢占资源。从一个或多个进程中抢占足够数量的资源，分配给死锁进程。

（2）终止进程。终止系统中的一个或多个死锁进程，直至打破循环环路，使系统从死锁状态解脱出来。

在系统中造成死锁的原因很多，并且死锁是一个麻烦的问题，我们要通过这些方法解决死锁问题。