死锁（死锁的发生条件、预防死锁、避免死锁）

死锁

什么是死锁

各进程互相等待对方手里的资源，导致各进程都阻塞，无法向前推进的现象。

进程死锁、饥饿、死循环的区别

饥饿：由于长期得不到想要的资源，某进程无法向前推进的现象。比如：在短进程优先（SPF）算法中，若有源源不断的短进程到来，则长进程将一直得不到处理机，从而发生长进程“饥饿”。

死循环：某进程执行过程中一直跳不出某个循环的现象。有时是因为程序逻辑 bug 导致的，有时是程序员故意设计的。

区别：

什么时候发生死锁

产生死锁必须同时满足四个条件，必须都满足

• 1 互斥条件
• 2 不剥夺条件
• 3 请求和保持条件
• 4 循环等待条件

发生时机：

• 1. 对系统资源的竞争。各进程对不可剥夺的资源（如打印机）的竞争可能引起死锁，对可剥夺的资源（CPU）的竞争是不会引起死锁的。
• 2. 进程推进顺序非法。请求和释放资源的顺序不当，也同样会导致死锁。例如，并发执行的进程P1、P2 分别申请并占有了资源 R1、R2，之后进程P1又紧接着申请资源R2，而进程P2又申请资源R1，两者会因为申请的资源被对方占有而阻塞，从而发生死锁。
• 3. 信号量的使用不当也会造成死锁。如生产者-消费者问题中，如果实现互斥的P操作在实现同步的P操作之前，就有可能导致死锁。（可以把互斥信号量、同步信号量也看做是一种抽象的系统资源）

死锁的处理策略

1 预防死锁

• 静态策略
• 破坏互斥条件

• 互斥条件：只有对必须互斥使用的资源的争抢才会导致死锁
• 只允许互斥使用的资源改造成共享使用； 比如：SPOOLing技术
• 该策略的缺点：并不是所有的资源都可以改造成可共享使用的资源。并且为了系统安全，很多地方还必须保护这种互斥性。因此，很多时候都无法破坏互斥条件。

• 破坏不剥夺条件

• 不剥夺条件：进程所获得的资源在未使用完之前，不能由其他进程强行夺走，只能主动释放
• 方案一：当某个进程请求新的资源得不到满足时，它必须立即释放保持的所有资源，待以后需要时再重新申请。也就是说，即使某些资源尚未使用完，也需要主动释放，从而破坏了不可剥夺条件。
• 方案二：当某个进程需要的资源被其他进程所占有的时候，可以由操作系统协助，将想要的资源强 行剥夺。这种方式一般需要考虑各进程的优先级（比如：剥夺调度方式，就是将处理机资源强行剥 夺给优先级更高的进程使用）
• 该策略的缺点：

1. 实现起来比较复杂。
2. 释放已获得的资源可能造成前一阶段工作的失效。因此这种方法一般只适用于易保存和恢复状态的资源，CPU。
3. 反复地申请和释放资源会增加系统开销，降低系统吞吐量。
4. 若采用方案一，意味着只要暂时得不到某个资源，之前获得的那些资源就都需要放弃，以后再重 新申请。如果一直发生这样的情况，就会导致进程饥饿。

• 破坏请求和保持条件

• 请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源又被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但又对自己已有的资源保持不放。

• 可以采用静态分配方法

  • 即进程在运行前一次申请完它所需要的全部资源，在它的资源未满足前，不让它投入运行。一旦投入运行后，这些资源就一直归它所有，该进程就不会再请求别的任何资源了。

• 缺点：

  • 有些资源可能只需要用很短的时间，因此如果进程的整个运行期间都一直保持着所有资源，就会造成严重的资源浪费，资源利用率极低。另外，该策略也有可能导致某些进程饥饿。

• 破坏循环等待条件

• 循环等待条件：存在一种进程资源的循环等待链，链中的每一个进程已获得的资源同时被下一个进程所请求。

  • 采用顺序资源分配法

    • 首先给系统中的资源编号，规定每个进程必须按编号递增的顺序请求资源，同类资源（即编号相同的资源）一次申请完。

  • 缺点：

    • 1. 不方便增加新的设备，因为可能需要重新分配所有的编号；

2. 进程实际使用资源的顺序可能和 编号递增顺序不一致，会导致资源浪费；
3. 必须按规定次序申请资源，用户编程麻烦。

• 总结：

2 避免死锁

• 银行家算法

  • 什么是安全序列？
    指系统按照这种序列分配资源，则每个进程都能顺利完成。只要能找出一个安全序列系统就是安全状态。当然，安全序列可能有多个。

  • 银行家算法 核心思想：

    • 在进程提出资源申请时，先预判此次分配是否系统进入不安全状态。如果会进入不安全状态，就暂时不答应这次请求，让该进程先阻塞等待。

3 死锁的检测和解除

• 死锁的检测

  • 1 用某种数据结构保存资源的请求和分配信息

    • 

  • 2 提供一种算法，利用上述信息来检测系统是否进入死锁状态

    • 

• 死锁的解除

  • 

• 总结

  •