处理机调度与死锁——死锁、银行家算法

产生死锁的原因和必要条件

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。
（PS：注意与饥饿的区别；饥饿是指一个进程无休止地等待。）

产生死锁的原因：
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。

产生死锁的必要条件（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
（PS：破坏这四个条件任意一个即可解除死锁）
处理死锁的基本方法
事先预防：
1.预防死锁

• 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。
• 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

• 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。
• 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。

• 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。

• 与死锁检测配套的一种措施。
• 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。
• 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。

预防死锁的方法

预防死锁

• 资源的排他性无法更改，故在其他3个条件上入手
  1.摒弃“请求和保持”条件：所有进程开始运行前，必须一次性的申请其在整个运行过程所需的全部资源（AND）。算法简单、易于实现且很安全。但缺点是资源浪费严重、或进程延迟运行。
  2.摒弃“不剥夺”条件：允许进程先运行，但当提出的新要求不被满足时必须释放它已保持的所有资源，待以后需要时再重新申请。实现比较复杂且付出很大代价。可能会造成前功尽弃，反复申请和释放等情况。
  3.摒弃“环路等待”条件
  • 有序设置资源：将所有资源按类型进行线性排队，赋予不同序号。所有进程对资源的请求必须严格按照资源序 号递增的次序提出，这样在所形成的资源分配图中，不可能会出现环路。
  • 与前两种策略比较，资源利用率和系统吞吐量都有较明显的改善。但也存在严重问题：
  • 资源编号限制新设备的增加；
  • 应用中的使用设备顺序与规定的顺序并不协调；
  • 限制了用户编程自由。

避免死锁
安全状态：系统能按某种进程顺序为每个进程分配所需资源，直至满足每个进程对资源的最大需求，并能顺利完成。
不安全状态：系统无法找到一种使多个进程能够顺利分配资源执行完的安全序列。
（PS：只要使系统始终处于安全状态，便可避免发生死锁。不是所有的不安全状态都是死锁状态。）

银行家算法避免死锁
算法实现:
首先：需要的一些数据结构
再次：算法过程
核心：安全性判断算法

算法过程：
首先是两个基本判断：
（1）IF Requesti[j]<= Need[i,j]
THEN 转向步骤2；
ELSE 认为出错，所需资源数超过宣布的最大值（自我矛盾)
（2）IF Requesti[j]<= Available[j]
THEN 转向步骤3；
ELSE 表示尚无足够资源，Pi需等待（现实不满足）
如果上面两步判断都通过了，进入实质的资源分析
（3）系统试探着把资源分配给进程Pi ，并修改相应数据结构的值（假设性操作）：
Available【j】 =Available【j】 - Requesti【j】;
Allocation【i,j】=Allocation【i,j】+ Requesti【j】;
Need【i,j】= Need【i,j】 - Requesti【j】;
（4）系统执行安全性算法，判断新的资源分配状态是否是安全的。
即：找一个安全序列，使这些进程按顺序执行完）如果能够找到，则将假设操作真正实施完成资源分配。

死锁的检测与解除

资源分配图

死锁的检测
检测时机：
当进程等待时检测死锁
定时检测
系统资源利用率下降时检测死锁

死锁的解除：
1.剥夺资源。从其他进程剥夺足够数量的资源给死锁进程以解除死锁状态。
2.撤销进程。最简单的是让全部进程都死掉；温和一点的是按照某种顺序逐个撤销进程，直至有足够的资源可用，使死锁状态消除为止。

思索处理方法比较：