死锁

死锁的概念

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什么是死锁

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每个人都占有一个资源,同时又在等待另一个人手里的资源。发生“死锁”。

在并发环境下,各进程因竞争资源而造成的一种互相等待对方手里的资源,导致各进程都阻塞,都无法向前推进的现象,就是“死锁”,发生死锁后若无外力干涉,这些进程都无法向前推进。
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死锁、饥饿、死循环的区别

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。

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,则长进程将一直得到不到处理机,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来某个循环的现象。有时是因为程序逻辑bug导致的,有时是程序员故意设计的。
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死锁产生的必要条件

产生死锁必须同时满足四个条件,只要其中任一条件不成立,死锁就不会发生:互斥条件、不剥夺条件、请求和保持条件、循环等待条件。
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注意:发生死锁时一定有循环等待,但是发生循环等待时未必死锁(循环等待是死锁的必要不充分条件)

如果同类资源数大于1,则即使有循环等待,也未必发生死锁。但如果系统中每类资源都只有一个,那循环等待就是死锁的充分必要条件了。

什么时候会发生死锁

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、同步信号量也看作是一种抽象的系统资源)

总之,对不可剥夺资源的不合理分配,可能导致死锁。

死锁的处理策略

1.预防死锁。破坏死锁产生的四个必要条件中的一个或几个。

2.避免死锁。用某种方法防止系统进入不安全状态,从而避免死锁(银行家算法)。

3.死锁的检测和解除。允许死锁的发生,不过操作系统会负责检测出死锁的发生,然后采取某种措施解除死锁。

知识回顾与重要考点

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死锁的处理策略--预防死锁

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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。
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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,不能由其他程序强行夺走,只能主动释放。

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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。因此这种方法只适用于易保存和恢复状态的资源,如CPU。

3.反复地申请和释放资源会增加系统的开销,降低系统的吞吐量。

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。

该策略实现起来简单,但也有明显的缺点:
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。

可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。

原理分析:一个进程只有已占有小编号的资源时,才有资格申请更大编号的资源。按此规则,已持有大编号资源的进程不可能逆向地回来申请小编号的资源,从而就不会产生循环等待的现象。

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该策略的缺点:
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;
2.必须按规定次序申请资源,用户编程麻烦。

知识回顾与重要考点

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死锁的处理策略--避免死锁

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什么是安全序列

所谓安全序列,就是指如果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
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银行家算法

银行家算法是荷兰学者Dijkstra为银行系统设计的 ,以确保银行在发放现金贷款时,不会发生不能满足所有客户需求的情况。后来该算法被用在操作系统中,用于避免死锁

核心思想:在进程提出资源申请时,先预判此次分配是否会导致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。

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算法实现流程:
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知识回顾与重要考点

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死锁的处理策略--检测和解除

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死锁的检测

为了能对系统是否已发生了死锁进行检测,必须:
1.用某种数据结构来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已进入死锁状态。
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死锁的解除

一旦检测出死锁的发生,就应该立即解除死锁。

补充:并不是系统中所有的进程都是死锁状态,用死锁检测算法化简资源分配图后,还连着边的那些进程就是死锁进程
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知识回顾与重要考点

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