OS：资源类型 & 锁
1、资源类型
分类标准：可重用、可抢占。
1.1、重用性
- 可重用资源（永久）
- 可被多个进程重复使用。一次只能分配给一个进程使用，其它线程必须等待资源释放。
- 数目：固定，进程无法创建或删除。
- 使用顺序：请求资源、使用资源、释放资源。
- 消耗性资源（临时）
- 进程在运行期间动态的创建和消耗。
- 数目：进程运行期间是可以不断变化（0 或多个）。
- 典例：进程间通信的消息。
- 创建：通常由生产者进程创建，放入该资源类的缓冲区。
- 消耗：通常由消费者进程消耗，进程可请求若干个资源并消耗，不再放回缓冲区。
1.2、抢占性
- 可抢占资源：被进程获取后，可被其他进程或系统抢占，不会引起死锁（如 CPU、主存）
- 不可抢占资源：被进程获取后，只能等进程本身释放资源（如打印机）。
2、锁
根据锁的活跃性，分为两类。
- 死锁：多个进程在竞争资源，或彼此通信而造成的阻塞。
- 饥饿：某个进程一直得不到资源。
3、死锁
3.1、产生原因
① 互斥
竞争不可抢占资源
示例：OS 中仅有一台打印机和输入设备。
- 某一时刻进程 P1 使用打印机，P2 使用输入设备。
- 此时，P1 请求使用输入设备、P2 请求使用打印机，双方等待彼此的资源。
② 循环等待
竞争可消耗资源
示例：三个进程互相发送消息。进程 P1 发给 P2，P2 发给 P3，P3 发给 P1。
- 正常：每个进程都是先发送消息，再等待接收消息。
- 死锁：每个进程先等待接收消息，系统进入不安全状态。
3.2、特征（必要条件）
只要发生死锁，以下 4 个条件同时成立。
- 互斥：至少有一个资源非共享，同一时刻只有一个线程能使用。
- 不可剥夺：即存在不可抢占资源，资源只能在进程完成任务后主动释放。
- 请求与保持：进程占用至少一个资源，并等待另一个被其它进程占用的资源。
- 循环等待：存在进程资源的循环等待链（如进程 P1 等待 P2，P2 等待 P1）
3.3、处理
① 预防
设置限制条件，破坏产生死锁的以下两个条件。
- 破坏不可剥夺：弱请求的资源被其它进程占有，释放当前进程的资源、或抢占资源。
- 破坏循环等待：有序资源分配法。
② 避免
在资源的动态分配过程中，用某种方法防止系统进入不安全状态。
- 有序资源分配法：将资源统一编号，进程必须按编号顺序申请资源。
- 示例：操作系统中有一个 R1、R2 资源，分别编号为 1、2
- 进程必须按编号升序申请，即 R1 → R2，不能是 R2→ R1。
- 破坏循环等待的条件
- 银行家算法：允许进程动态申请资源，在资源分配前检查安全性。
- 拟分配资源给当前进程，计算剩余资源数量是否能满足下一进程的需求。
常用技术
- 加锁顺序：线程按一定的顺序加锁。
- 加锁时限：线程尝试获取锁时加上一定的时限，超过时限则放弃对该锁的请求，并释放自己占有的锁。
- 死锁检测
③ 检测
设置检测机构，及时检测死锁的发生。
④ 解除
检测出死锁后，采取适当措施将进程从死锁状态中解脱出来。
- 资源剥夺：挂起某些死锁进程并剥夺资源，分配给其它死锁进程。
- 撤销进程：强制撤销部分或全部死锁进程并剥夺资源。
- 进程回退：设置还原点，让死锁进程回退到足以回避死锁，进程回退时自愿释放资源而不是被剥夺。
