死锁

死锁的基本概念

在多道程序系统中，并发执行的多个进程因争夺 资源而造成的一种若无外力作用有关进程都将永 远不能向前推进的僵持状态或僵局 。

死锁产生的原因

  1. 系统资源的竞争

    通常系统中拥有的不可剥夺资源，其数量不足以满足多个进程运行的需要，使得进程在 运行过程中，会因争夺资源而陷入僵局，如磁带机、打印机等。只有对不可剥夺资源的竞争 才可能产生死锁，对可剥夺资源的竞争是不会引起死锁的

  2. 进程推进顺序非法

    进程在运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，也同样会导致死锁。例如，并发进程 P1、P2分别保持了资源R1、R2，而进程P1申请资源R2，进程P2申请资源R1时，两者都 会因为所需资源被占用而阻塞。

  3. 信号量使用不当也会造成死锁

    进程间彼此相互等待对方发来的消息，结果也会使得这 些进程间无法继续向前推进。例如，进程A等待进程B发的消息，进程B又在等待进程A 发的消息，可以看出进程A和B不是因为竞争同一资源，而是在等待对方的资源导致死锁。

产生死锁的必要条件

必须同时满足以下四个条件，只要其中任一条件不成立，死锁就不会发生

  1. 互斥条件：进程对于所分配到的资源（如打印机）具有排它性，即一个资源只能被一个进程占用，直到被该进程释放 。由于互斥条件是资源本身性质决定的，不能从这一条件解决或预防死锁。
  2. 请求和保持条件：一个进程因请求被占用资源而发生阻塞时，对已获得的资源保持不放。
  3. 不剥夺条件：任何一个资源在没被该进程释放之前，任何其他进程都无法对他剥夺占用
  4. 循环等待条件：当发生死锁时，所等待的进程必定会形成一个环路（类似于死循环），造成永久阻塞。

处理死锁的基本方法

  1. 预防死锁 ：设置某些限制前提以破坏产生死锁必要条件

  2. 避免死锁 ：资源动态分配过程中，利用某种方法去防止 系统进入不安全状态

    安全状态与不安全状态：安全状态指系统能按某种进程顺序来为每个进程分配其所需资源，直 至最大需求，使每个进程都可顺利完成，称使进程能够顺利完成的执行序列为安全序列 。 若系统不存在这样一个序列， 则称系统处于不安全状态。

    避免死锁就是避免系统进入不安全状态！

    不安全状态不意味着就是死锁，只是有可能发生死锁。有可能进程推进过程中会自己释放某些资源，使得每个进程都可顺利完成。

  3. 检测死锁 ：运行过程中通过系统设置的检测机构及时检 测死锁的发生，并精确确定相关进程和资源

  4. 解除死锁 ：撤销或挂起一些进程以回收资源和再分配

死锁的预防策略

  1. 摒弃“请求和保持”条件
    • 办法：系统要求所有进程在开始运行之前，都必须 一次性地申请其在整个运行过程所需的全部 资源和进行一次性分配
    • 简单、安全且易于实现
    • 资源浪费、进程延迟
  2. 摒弃“不剥夺”条件
    • 办法：进程在需要资源时才提出请求，且得不到满足 时应释放其已占有资源
    • 实现复杂，代价很大（反复地申请与释放资源，释放资源后又得重头再来，造成资源的浪费、 进程周转时间延长、系统吞吐量降低、系统开 销增加）
  3. 摒弃“环路等待”条件
    • 办法：所有资源按类型进行线性排队，所有进程对 资源的请求严格按资源序号递增次序提出
    • 资源次序的不灵活性，有些资源可能到很后面才需要等等（新设备、程序逻辑设 计与编程限制及资源浪费）

死锁的检测

只要检测出当该状态 下的资源分配图是不可完全化简的就证明是死锁。

死锁检测算法

1 令 Work = Available     
IsolatedSet = {Pi∣ Allocation [i] = 0∧ Requesti= 0 } 
2 for all Pi 不属于 IsolatedSet do   
begin        
  for all Requesti ≦ Work  do        
  begin            
    Work= Work + Allocation[ i ] ;                   
    IsolatedSet = IsolatedSet ∪ {Pi }        
  end    
end 
3 deadlock = ～ ( IsolatedSet = = {P1 , P2 , … , Pn});

注：

  1. work表示当前可用的资源
  2. IsolatedSet表示孤立进程集，是指该进程是可以完全化简的，没有任何有向边，既没有分配向量Allocation，也没有任何的请求资源向量Request，这样的进程的集合。

死锁的解除

常用方法：

剥夺资源：从其它进程剥夺足够数量的资源给死锁进程，以解除死锁状态；

撤消进程：撤销部分死锁的进程，用释放出来的资源救活其它死锁的进程。此时，每撤销一个进程，就要死锁检测算法进行检测，看死锁是否解除，若没有，则继续撤销其它进程，直到死锁解除为止。
撤销原则：
① 撤销的进程越少越好：选择占用资源多的进程，牺牲一个，救活一批；
② 损失越少越好：选择最后进入系统的进程；
③ 截止时间小：选择最不紧迫的进程。

死锁避免

基本思想：

允许进程动态地申请资源，但系统在进行资源分配之前预先计算资源分配的安全性。若此次分配不会导致系统进入不安全状态，则将资源分配给进程；否则，进程等待。

例如：

  1. 若T0 时刻分配序列为<P2, P1, P3> ，则进入安全状态，资源可分配给进程
  2. 若在T0 时刻把进程请求中所剩磁带机中的1台分配给 P3， 则系统进入不安全状态，所以应避免这样的分配

银行家算法

1.数据结构

Available表示可利用资源向量：Available[j]=k 表示系统现有 k 个 Rj 类资源

Requesti [j]=k 表示进程 Pi 请求 k 个 Rj 类资源

Max[i,j]=k 则表示进程Pi需要第Pj类资源的最大数目为k

Allocation[ i,j ]=k 表示进程 Pi 已分配有 k 个 Rj 类资源

Need[ i,j ]=k 表示进程 Pi 尚需 k 个 Rj 类资源，注意与request的区别，request的数目要小于等于need

三个矩阵的关系： Need[i, j]=Max[i, j]-Allocation[i, j]

Work[j]=k 表示系统“可”提供 k 个 Rj 类资源

Finish[ i ] 表示进程 Pi 可否拥有足够资源完成运行

2. 主体算法

1 进程Pi发出资源请求 Requesti
2 若非 Requesti ≤ Need [i] ，出错返回 （系统已分配资源的情况）
3 若非 Requesti≤ Available ，则应使Pi等待并返回  （系统剩余资源情况）
4 系统试探性地满足Pi请求，并作以下修改： 
Available = Available – Requesti
Allocation[ i] = Allocation[ i ] + Requesti
Need[ i ] = Need[ i ] – Requesti
5 系统调用安全性算法进行资源分配检查，若安全 则执行分配，否则恢复试探分配前状态，并使Pi 等待

3. 安全性子算法

1 令 Work = Available ， Finish= FALSE
2 从进程集合中查找一个满足 Finish[i ]=FALSE 且  Need[ i ] <= Work 的进程Pi 。若找到，则可 假定Pi能获得所需资源并顺利执行，故有： 
Work = Work + Allocation[i]
Finish[i] = True      
然后重复执行第2步；否则转至第3步执行 
3 如果 Finish= TRUE ，则表示该集合中的所有进程都顺利执行，系统处于安全状态； 否则系统处于不安全状态
posted @ 2020-04-23 00:16  Hhhighway  阅读(224)  评论(0)  编辑  收藏  举报