死锁

deadlocks（死锁）
　　所谓死锁<DeadLock>: 是指两个或两个以上的进程在执行过程中,因争夺资源而造成的一种互相等待的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去.此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁,这些永远在互相等竺的进程称为死锁进程.
　　由于资源占用是互斥的，当某个进程提出申请资源后，使得有关进程在无外力协助下，永远分配不到必需的资源而无法继续运行，这就产生了一种特殊现象死锁。
　　一种情形，此时执行程序中两个或多个线程发生永久堵塞（等待），每个线程都在等待被其他线程占用并堵塞了的资源。例如，如果线程A锁住了记录1并等待记录2，而线程B锁住了记录2并等待记录1，这样两个线程就发生了死锁现象。
　　计算机系统中,如果系统的资源分配策略不当，更常见的可能是程序员写的程序有错误等，则会导致进程因竞争资源不当而产生死锁的现象。

产生死锁的原因主要是：
　　（1） 因为系统资源不足。
　　（2） 进程运行推进的顺序不合适。
　　（3） 资源分配不当等。
　　如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足，死锁出现的可能性就很低，否则
　　就会因争夺有限的资源而陷入死锁。其次，进程运行推进顺序与速度不同，也可能产生死锁。

产生死锁的四个必要条件：
　　（1） 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
　　（2） 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
　　（3） 不剥夺条件:进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
　　（4） 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。
　　这四个条件是死锁的必要条件，只要系统发生死锁，这些条件必然成立，而只要上述条件之
　　一不满足，就不会发生死锁。

死锁的解除与预防
　　理解了死锁的原因，尤其是产生死锁的四个必要条件，就可以最 大可能地避免、预防和解除死锁。所以，在系统设计、进程调度等方面注意如何不让这四个必要条件成立，如何确定资源的合理分配算法，避免进程永久占据系统资 源。此外，也要防止进程在处于等待状态的情况下占用资源,在系统运行过程中，对进程发出的每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查，并根据检查结果决定 是否分配资源，若分配后系统可能发生死锁，则不予分配，否则予以分配 。因此，对资源的分配要给予合理的规划。
　　一、有序资源分配法
　　这种算法资源按某种规则系统中的所有资源统一编号（例如打印机为1、磁带机为2、磁盘为3、等等），申请时必须以上升的次序。系统要求申请进程：
　　1、对它所必须使用的而且属于同一类的所有资源，必须一次申请完；
　　2、在申请不同类资源时，必须按各类设备的编号依次申请。例如：进程PA，使用资源的顺序是R1，R2； 进程PB，使用资源的顺序是R2，R1；若采用动态分配有可能形成环路条件，造成死锁。
　　采用有序资源分配法：R1的编号为1，R2的编号为2；
　　PA：申请次序应是：R1，R2
　　PB：申请次序应是：R1，R2
　　这样就破坏了环路条件，避免了死锁的发生
　　二、银行算法
　　避免死锁算法中最有代表性的算法是Dijkstra E.W 于1968年提出的银行家算法：
　　该算法需要检查申请者对资源的最大需求量，如果系统现存的各类资源可以满足申请者的请求，就满足申请者的请求。
　　这样申请者就可很快完成其计算，然后释放它占用的资源，从而保证了系统中的所有进程都能完成，所以可避免死锁的发生。

死锁排除的方法
　　1、撤消陷于死锁的全部进程；
　　2、逐个撤消陷于死锁的进程，直到死锁不存在；
　　3、从陷于死锁的进程中逐个强迫放弃所占用的资源，直至死锁消失。
　　4、从另外一些进程那里强行剥夺足够数量的资源分配给死锁进程，以解除死锁状态
　　计算机网络的死锁
　　死锁是网络中最容易发生的故障之一,即使在网络负荷不很重时也会发生。死锁发生时,一组节点由于没有空闲缓冲区而元法接收和转发分组,节点之间相互等 待,既不能接收分组也不能转发分组,并一直保持这一僵局,严重时甚至导致整个网络的瘫痪。此时,只能靠人工干预来重新启动网络,解除死锁。但重新启动后并 未消除引起死锁的隐患,所以可能再次发生死锁。死锁是由于控制技术方面的某些缺陷所引起的,起因通常难以捉摸、难以发现,即使发现,也常常不能立即修复。 因此,在各层协议中都必须考虑如何避免死锁的问题。
　　(1)存储转发死锁及其防止。最常见的死锁是发生在两个节点之间的直接存储转发死锁。例如,A节点的所有缓冲区装满了等待输出到B节点的分组,而B节 点的所有缓冲区也全部装满了等待输出到A节点的分组;此时,A节点不能从B节点接收分组,B节点也不能从A节点接收分组,从而造成两节点间的死锁。这种情 况也可能发生在一组节点之间,例如,A节点企图向B节点发送分组、B节点企图向C节点发送分组、而C节点又企图向A节点发送分组,但此时每个节点都无空闲 缓冲区用于接收分组,这种情形称做间接存储转发死锁。当一个节点处于死锁状态时,所有与之相连的链路将被完全拥塞。
　　一种防止存储转发死锁的方法是,每个节点设置M+1个缓冲区,并以0到M编号。M为通信子网的直径,即从任一源节点到任一目的节点间的最大链路段数。 每个源节点仅当其0号缓冲区空时才能接收源端系统来的分组,而此分组仅能转发给1号缓冲区空闲的相邻节点,再由该节点将分组转发给它的2号缓冲区空闲的相 邻节点……最后,该分组或者顺利到达目的节点并被递交给目的端系统,或者到了某个节点编号为M的缓冲区中再也转发不下去,此时一定发生了循环,应该将该分 组丢弃。由于每个分组都是按照编号递增规则分配缓冲区,所以节点之间不会相互等待空闲缓冲区而发生死锁现象。这种方法的不足之处在于,当某节点虽然有空闲 缓冲区,但正巧没有所需要的特定编号的缓冲区时,分组仍要等待,从而造成了缓冲区和链路的浪费。
　　另一种防止存储转发死锁的方法是,使每个分组上都携带一个全局性的惟一的"时间戳",每个节点要为每条输入链路保留一个特殊的接收缓冲区,而其它缓冲 区均可用于存放中转分组。在每条输出链路的队列上分组按时间戳顺序排队。例如,节点A要将分组送到节点B,若B节点没有空闲缓冲区,但正巧有要送到A节点 的分组,此时A、B节点可通过特殊的接收缓冲区交换分组;若B节点既没有空闲缓冲区,也没有要送往A节点的分组,B节点只好强行将一个出路方向大致与A节 点方向相同的分组与A节点互相交换分组,但此时A节点中的分组必须比B节点中的分组具有更早的时间戳,这样才能保证子网中某个最早的分组不受阻挡地转发到 目的地。由此可见,每个分组最终总会成为最早的分组,并总能被一步一步地发送到目的节点,从而避免了死锁现象的发生。
　　(2)重装死锁及其防止。死锁中比较严重的情况是重装死锁。假设发给一个端系统的报文很长,被源节点拆成若干个分组发送,目的节点要将所有具有相同编 号的分组重新装配成报文递交给目的端系统,若目的节点用于重装报文的缓冲区空间有限,而且它无法知道正在接收的报文究竟被拆成多少个分组,此时,就可能发 生严重的问题:为了接收更多的分组,该目的节点用完了它的缓冲空间,但它又不能将尚未拼装完整的报文递送给目的端系统,而邻节点仍在不断地向它传送分组, 但它却无法接收。这样,经过多次尝试后,邻节点就会绕道从其它途径再向该目的节点传送分组,但该目的节点已被死锁,其周边区域也由此发生了拥塞。下面几种 方法可用以避免重装死锁的发生:
　　①允许目的节点将不完整的报文递交给目的端系统;
　　②一个不能完整重装的报文能被检测出来,并要求发送该报文的源端系统重新传送;
　　③为每个节点配备一个后备缓冲空间,用以暂存不完整的报文。
　　①、②两种方法不能很满意地解决重装死锁,因为它们使端系统中的协议复杂化了。一般的设计中,网络层应该对端系统透明,也即端系统不该考虑诸如报文拆、装之类的事。③方法虽然不涉及端系统,但使每个节点增加了开销。