11.死锁（deadlocks）
死锁的特征
- 哲学家用餐死锁问题
- 哲学家死锁当所有人同时拿到一侧的筷子的时候，就会发生永久等待的现象
- DEADLOCK(死锁的定义)
- In a multiprogramming environment(多道程序设计环境),several（一些） process may compete（竞争） for a finite（有限） number of resources.（在多道程序设计环境中，一些进程可能会竞争有限数量的资源。）
- A process requesets resources;if the resources are not available at the that time ,the process enters a waiting state.
- Sometimes a waiting process is never again able to change state,because the resources it has requested are held by other waiting process.
- this situation is called a deadlock.
- 死锁与饥饿
- 饥饿：进程长时间的等待。
- e.g低优先级进程总是等待高优先级所占有的进程。
- 死锁：循环等待资源
- A和B分别占有打印机和扫描仪
- 同时分别申请扫描仪和打印机
- 死锁=>饥饿（但是饥饿无法推出死锁）
- 饥饿可能终止
- 如果无外部干扰，死锁无法终止
- 产生死锁的四个必要条件
- 互斥使用
- 一个时刻，一个资源仅能被一个进程占有。
- 不可剥夺
- 除了资源占有进程主动释放资源，其他进程都不可抢夺其资源。
- 占有和等待
- 一个进程请求资源得不到满足，等待时不释放已占有资源。
- 循环等待（上面三个条件同时存在产生的结果）
- 每一个进程分别等待它前一个进程所占有的资源
- methonds for handling deadlocks(处理死锁的方法)
- Deadlocks are NOT allowed(允许) to appear（出现）.We must prevent（预防） or avoid（避免） deadlock state.
- Deadlocks are allowed to appear,but the system can detect(检测) them and recover(恢复).
- We pretend that deadlocks never occur(发生) in the system.(我们假装系统从未发生死锁)
- 死锁的解决方案
- 死锁的防止（Prevention）
- 破坏四个必要条件之一
- 死锁的避免（avoidance）
- 允许四个必要条件同时发生，在并发进程中做出妥善安排避免死锁的发生
- 死锁的检测和恢复（dectection && recovery）
- 允许死锁的发生，系统及时地检测死锁并解除它。
死锁的预防
- 破坏死锁任一必要条件
- 互斥使用=>允许资源共享使用
- 这不太可行，锁就是为了解决这个问题。
- 不可剥夺=>资源可被抢夺
- 虽然是有时间片，cpu的调度的方式，但是在软件上去实现还是不可以行的。
- 占有和等待=>（一开始就把所有资源都申请了，或者是一个资源都不申请）
- 循环等待=>（去对所有资源进行一个排序，高等级资源的申请的前提是已经拥有所有低等级的资源）
死锁的避免
- 安全状态（safe state）
- A state is safe if the system can allocate(分配) resource resource to each process(up to its maximum(分配最大的资源)) in some order（以某一个特定的顺序） and still avoid a deadlock.More formally ,a system is in a safe state only if there exists a safe sequence(安全序列).
- If no such sequence exists,then the system state is said to be unsafe.（如果不存在任何一个安全序列，那么系统就是不安全状态）
- A safe state is NOT a deadlocked state.（如果一个系统被评估为安全状态，那么它就不会存在死锁状态）
- An unsafe state MAY lead to a deadlock.(一个不安全状态的系统可能会导致死锁)
- 死锁的避免概念
- 系统对进程的每一次资源申请都进行详细的计算，根据结果决定是分配资源还是让其等待，确保系统始终处于安全状态，避免死锁的发生。
- 银行家算法（Banker's algorithm）
- 已知系统中所有资源的种类和数量
- 已知进程所需要的各类资源最大需求量
- 该算法可以计算出当前的系统状态是否安全（寻找安全序列）
- 安全算法：只需要找到一个安全序列，那么系统就处于安全状态。
- 银行家算法的优缺点
- 优点：允许死锁必要条件同时存在
- 缺点：缺乏实用价值
- 进程运行前就要求知道其所需资源的最大数量。
- 要求进程是无关的，若考虑同步情况，可能会打扰安全序列。
- 要求进入系统的进程个数和资源固定。
死锁的检测
- 死锁的检测与恢复
- 允许死锁发生，操作系统不断监测系统进展情况，判断死锁是否发生
- 一旦死锁发生则采取专门的措施，解除死锁并以最小的代价恢复操作系统运行
- 死锁检测时机
- 当进程等待时检测死锁（系统开销大）：如果系统检测到开销很大，很多进程都在等待。
- 定时检测
- 系统资源利用率下降时检测死锁
- 资源分配图表示法
- 资源类（资源的不同类型）（方框，几个方框就有几个类）
- 资源实例（存在于每个资源中）（方框中的黑点）
- 进程（圆形）
- 申请边（进程指向资源）
- 分配边（资源指向进程）
- 资源分配图图例
- 无环一定不会出现死锁，有环才有可能出现死锁
- 对于这个图例，p3执行完成之后，就会释放r2资源，那么就不会形成死锁现象了
- 在该图中一共有三个申请边，然后都陷入循环等待状态中，产生死锁状态。
- 对于申请边，r1的资源会被p2进程释放出来，不会陷入一直循环等待状态。
- 资源分配图的简化
- 消除申请边和分配边
- 根据进程的结束去释放分配边，然后去满足申请边，并消去申请边。
- 死锁定理
- 如果能在“资源分配图”中消去某进程的所有请求边和分配边，则称该进程为孤立节点
- 可完全简化
- 不可完全简化
- 系统为死锁状态的充分条件是：当前仅当该状态的“进程-资源分配图”是不可完全简化的。该充分条件称为死锁定理。
- 死锁的解除
- 中止进程，强制回收资源
- 交通问题：将某列火车吊起来
- 哲学家问题：将某个哲学家射死
- 剥夺资源，但是不终止进程
- 进程回退（roll back）
- 就像DVD的回退，好像最近一段时间什么事情都没发生
- 交通问题：让某列火车倒车
- 哲学家问题：让某个哲学家放下一个筷子
- 重新启动
- 没有办法的办法，但是一个肯定有效的问题
- 其实window系统态度是佛系态度，并不会干预进程。只是提供一个按键，给我们关闭它。
