死锁 && 银行家算法

死锁

产生死锁的四个条件

• 资源互斥：资源是独占的且排他使用，进程互斥使用资源，即任意时刻一个资源只能给一个进程使用，其他进程若申请一个资源，而该资源被另一进程占有时，则申请者等待直到资源被占有者释放。
• 不可剥夺：进程所获得的资源在未使用完毕之前，不被其他进程强行剥夺，而只能由获得该资源的进程资源释放。
• 请求保持：进程每次申请它所需要的一部分资源，在申请新的资源的同时，继续占用已分配到的资源。
• 循环等待：在发生死锁时必然存在一个进程等待队列{P1,P2,…,Pn},其中P1等待P2占有的资源，P2等待P3占有的资源，…，Pn等待P1占有的资源，形成一个进程等待环路，环路中每一个进程所占有的资源同时被另一个申请，也就是前一个进程占有后一个进程所申请的资源。

循环等待需要前三个条件满足，这四个条件同时满足死锁才会存在。

破坏上述四个条件中的一个就可以预防死锁

解决死锁的方法：

• 预防死锁：

  • 摒弃请求保持条件，要求所有进程一次性申请其所需的全部资源，不允许进程追加资源请求
  • 摒弃不剥夺条件：对于一个已经保持了某些资源的进程，若新的资源请求不能立刻满足，就释放自己所占有的所有资源。
  • 摒弃循环等待条件：为所有的资源按照类型进行线性排队，并赋予序号，所有进程对资源的请求必须严格按照资源序号提出。

• 避免死锁：

  在资源的动态分配过程中，使用某种方法防止系统进入不安全状态，从而避免死锁的发生。----银行家算法

• 检测死锁然后解除死锁：

  • 剥夺资源：发现系统中有进程死锁后，从其他进程剥夺足够的资源给死锁进程，解除进程的死锁状态。
  • 撤销进程：将所有发生死锁的进程都撤销。

银行家算法：

银行家即操作系统，贷款就是资源，客户就是进程

进程想要向操作系统申请资源，操作系统查看自己是否有足够的资源，若自己有足够的资源就分配给进程。

银行家算法中包含几个数据结构：

• 可利用资源向量Available：是一个具有m个元素的数组，表示系统中现有的各种资源的个数。
• 最大需求矩阵Max，是一个nxm的矩阵，Max(i,j)表示进程i需要Rj类资源的最大个数
• 分配矩阵Allocation,一个nxm的矩阵,表示已经分配给进程的各个资源个数，Allocation(i,j)=k 表示进程i已经获得Rj类资源有k个
• 需求矩阵Need，一个nxm的矩阵,表示进程还需要的每种资源的个数，Need(i,j)=k 表示进程i还需要Rj类资源有k个

从上述变量可以知道，Need+Allocation=Max;

银行家算法执行过程：

当进程P申请资源时，假设P的请求向量为request

（1）如果request<=Need,就继续执行，否则认为出错，该进程继续等待

（2）如果request>Max，表示操作系统没有足够的资源分配，让该进程继续等待

（3）上述检查没问题就尝试给进程P分配资源，并修改各个数组中的数值

（4）系统执行安全性检查，若此次分配资源后系统处于安全状态，就正式分配资源给进程P。

银行家算法的核心是安全性检测子算法，这个子算法实际上就是个寻找安全序列的过程，如果能够找到一个安全的给进程分配资源的序列，就认为是安全的。