死锁 银行家算法

产生死锁的原因可归结为如下两点：
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。
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：
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
处理死锁的基本方法：
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。
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
资源的排他性无法更改，故在其他3个条件上入手
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。
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。
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。
避免死锁
银行家算法避免死锁
【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。
算法实现说明：
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

m类资源，n个并发进程对其产生需求
1）银行家算法中的数据结构
（1）各类可利用资源的数量
向量Available ：（i1，i2，…，im），含m个元素，每个元素代表一类可利用的资源数目。
动态变化的，初始值是系统配置的该类资源的全部数目，值随资源的分配与回收而动态的改变。
实现：一维数组。Available【j】=K，表示系统中Rj类资源现有可用数量为K个。
（2）每个进程对每类资源的需求
最大需求、已获得的、还需要的
最大需求矩阵Max
nm，系统中n个进程中每个进程分别对m类资源的最大需求。
取值：根据进程需求赋初始值。
实现：二维数组。Max【i，j】=K，表示进程 i 需要Rj类资源的最大数目为K。
已分配矩阵Allocation。
nm，定义系统中每一进程已获得的每类资源数量。
Allocation【i，j】=K，表示进程i当前已分得Rj类资源数为K。
还需求的矩阵Need。
n*m，表示每一进程尚需的各类资源数。
Need【i，j】=K，表示进程i还需要Rj类资源K个，方能完成任务。
上述三个矩阵存在关系：
Max【i，j】= Allocation【i，j】+Need【i，j】
每次，给进程 i 分配资源的动作，影响上述数据结构的取值：
Available【  】，Allocation【i，】，Need【i，】
2）避免死锁的算法过程（银行家算法）
当前资源分配状态如何？构建资源分配表
判断向下运行过程中，各进程对资源的需求是否安全。
在当前资源分配状态基础上，分析进程的实际请求Requesti【j】= k。表示进程Pi需要K个Rj类型的资源。
进程Pi发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：
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。
3）安全性算法
1）需要一些记录信息的数据结构，设置两个向量：
工作向量work
算法开始时work=Available;
系统找安全序列的过程需要不断判断和修改当前资源数量，不能直接修改原始数据记录Aailable。
标志向量Finish
表示每个进程是否有足够的资源使之运行完成。开始时所以进程都设置初值Finish[i]:=false;
找安全序列的过程相当于使所有Finish[i]:=true。
（2）找安全序列的过程
从 Finish[i] = false 的进程集合中找一个进程
IF Need[i,j] <= work[j]
THEN 执行步骤 a;
ELSE 执行步骤 b;
a） 假设Pi获得资源顺利执行完，释放出分配给它的资源，修改相应的值：
work【j】 = work【i】+ Allocation【i，j】;
Finish【i】= true;
goto step （2）; //返回去继续找下一个进程。
b）当算法不再在（2）、a）步间循环找进程，到达本步时，若所有Finish[i]=true都满足，则表示所有进程都按某个顺序执行完了，系统处于安全状态；否则，系统当前所处的资源分配状态是不安全状态。