死锁

死锁的概念

什么是死锁

死锁是指多个进程在运行的过程中因资源竞争而造成的一种僵局，如果没有外力作用，他们都不会向前推进

死锁产生的原因

1. 对资源的竞争
2. 进程间的推进顺序不当（银行家算法）

产生死锁的四个必要条件

1. 互斥

进程对所分配到的资源进行排他性使用，如果此时还有其他进程请求该资源，请求者只能等待，直到占有该资源的进程释放资源。

2. 请求和保持

进程A已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而且该资源又被其他进程B占用，此时请求进程阻塞，但又对其获得的资源保持不放

3. 不可剥夺

指进程已经获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能自己用完时主动释放。

4. 环路等待

存在一个进程和资源的环形链。进程集合p0, p1, p2,pn中，p0正在等待p1占用的资源，p1正在等待p2占用的资源，p2正在等待pn占用的资源，pn正在等待p0占用的资源。

死锁的处理

死锁预防（执行前）

死锁的预防可以从破坏产生死锁的四个必要条件着手

破坏 ‘请求和保持’ 条件

所有进程在开始运行之前，都必须一次性申请它在整个运行过程所需的全部资源。这样，该进程在运行期间就不会发出资源请求，也就是说破坏了请求的条件
只要缺少一种资源，系统也不会分配任何资源给该进程，只能让其等待。这样就破坏了保持的条件。

优点 是实现简单，并且很安全。

缺点 是它会严重浪费系统资源，因为进程一次性获得所需的全部资源，而其中有些资源可能使用的时间极短，这样就严重降低了资源的利用率。同时，它会使进程延迟执行，降低响应比

破坏 ‘不可剥夺’ 条件

当一个进程在已经保持了一部分资源的情况下，又去申请新的资源，如果不能立即得到满足时，必须释放它所保持的全部资源。

这种策略显著的缺点是，会导致对资源频分的申请和释放，导致进程被无限推迟执行。降低了系统的吞吐量。

破坏 ‘环路等待’ 条件

采用资源有序分配其基本思想是将系统中的所有资源顺序编号，将紧缺的，稀少的采用较大的编号，在申请资源时必须按照编号的顺序进行，一个进程只有获得较小编号的进程才能申请较大编号的进程

死锁的避免（执行时）

在避免死锁的策略中，允许进程动态的申请资源，但是系统在进行资源分配之前，应该先计算此次资源分配的安全性。如果此次分配不会导致系统进入不安全状态，则将资源分配给该进程，否则，让该进程等待。

安全状态，就是指系统能按某种进程顺序(P1, P2, P3, ..., Pn) ，来为每个进程 Pi 分配所需的资源，直至满足每个进程对资源的最大需求，使每个进程都能顺利的完成。（如果找不到这个安全序列，则系统处于不安全状态）.

银行家算法避免死锁

死锁的检测与解除（死锁发生后）

• 允许死锁发生
• 保存有关资源的请求和分配信息， 并提供检测算法
• 检测时机 CPU利用率低于某一值

死锁检测的手段-资源分配图

其中圆圈代表一个进程，方框代表一种资源
e = {pi, rj} 是资源请求边，代表进程 pi 请求一个单位的 rj 资源
e = {rj, pi} 是资源分配变，把一个单位 rj 分配给 pi 进程

可以利用把资源分配图简化的方法来检测是否处于死锁状态

1. 在图中，找出一个可孤立的节点p1。该节点代表即不阻塞又不独立的进程，pi 可获得所需资源并执行成功，释放资源，此时可以消去 pi 的资源请求边和分配边。
2. p1 释放资源后，可以使 p2 申请到资源并继续运行。消边后，p2 也称为孤立节点。
3. 如果该图不可完全简化（存在某些边不能消去）, 那么进程间就处于死锁状态。

死锁的解除
常用的两种方法是

1. 剥夺资源，从其它进程剥夺足够的资源给死锁进程，解除死锁状态
2. 撤销进程 (kill) ，有不同的策略，简单的是杀死全部的死锁进程。温和的方式是逐个撤销，直至破坏循环等待链。