操作系统之死锁篇

参考链接：
https://github.com/CyC2018/CS-Notes
https://blog.csdn.net/u013348164/article/details/73737217

概念

所谓死锁，是指多个进程在运行过程中因争夺资源而照成的一种僵局。当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。

目录

• 必要条件
• 处理方法

必要条件（四个）

• 互斥条件：在一段时间内某资源只由一个进程占用
• 保持与等待条件：当某进程拥有某个资源时，还可以请求新的资源，同时不释放原有资源
• 不可剥夺条件：指进程已获得资源，在使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。
• 环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个进程—资源的环形链，即进程集合（P0，P1,P2,…,Pn）中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待一个P2占用的资源，……,Pn正在等待已被P0占用的资源。

处理方法（四个）

• 鸵鸟策略：忽视死锁，解决死锁问题的代价很高。大多数操作系统，包括 Unix，Linux 和 Windows，处理死锁问题的办法仅仅是忽略它。

• 死锁检测和恢复：不试图阻止死锁，而是当检测到死锁发生时，采取措施进行恢复
  1. 死锁检测
  （1) 每种类型单资源
  用款图表示资源分配与请求情况，若存在有向图的环路，则说明死锁：从一个节点出发进行深度优先搜索，对访问过的节点进行标记，如果访问了已经标记的节点，就表示有向图存在环，也就是检测到死锁的发生。
  
  方框表示资源，圆框表示进程。a->b，说明存在死锁。
  （2）每种类型多资源
  用矩阵来表示分配情况
  
  上图中，有三个进程四个资源，每个数据代表的含义如下：
  E 向量：资源总量
  A 向量：资源剩余量
  C 矩阵：每个进程所拥有的资源数量，每一行都代表一个进程拥有资源的数量
  R 矩阵：每个进程请求的资源数量
  分析:进程 P1 和 P2 所请求的资源都得不到满足，只有进程 P3 可以，让 P3 执行，之后释放 P3 拥有的资源，此时 A = (2 2 2 0)。P2 可以执行，执行后释放 P2 拥有的资源，A = (4 2 2 1) 。P1 也可以执行。所有进程都可以顺利执行，没有死锁。
  2. 死锁恢复
  （1）抢占资源
  （2）进程回滚
  （3）杀死进程

• 预防死锁：只需破坏死锁产生的四个必要条件之一即可。但是开销非常之大，目前没有一个操作系统可以实现。目前使用的方法是避免死锁，而不是防止死锁。
  https://blog.csdn.net/jgm20475/article/details/81297819

1. 破坏互斥条件：使资源可以同时支持多个进程。缺点是有些资源根本不能同时访问。
2. 破坏请求与等待条件：釆用预先静态分配方法，即进程在运行前一次申请完它所需要的全部资源，否则无法执行。缺点是系统资源被严重浪费，以及有进程饥饿现象
3. 破坏不可剥夺条件：请求新的资源而得不到满足时，释放已经保持的所有资源，待以后需要时再重新申请。缺点是反复地申请和释放资源会增加系统开销，降低系统吞吐量，这种方法常用于状态易于保存和恢复的资源，如CPU的寄存器及内存资源，一般不能用于打印机之类的资源。
4. 破坏环路等待条件：釆用顺序资源分配法。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，同类资源一次申请完。也就是说，只要进程提出申请分配资源Ri，则该进程在以后的资源申请中，只能申请编号大于Ri的资源。缺点是编号必须相对稳定，这就限制了新类型设备的增加；尽管在为资源编号时已考虑到大多数作业实际使用这些资源的顺序，但也经常会发生作业使用资源的顺序与系统规定顺序不同的情况，造成资源的浪费；此外，这种按规定次序申请资源的方法，也必然会给用户的编程带来麻烦。

• 避免死锁

1. 安全状态检测：如果没有死锁发生，并且即使所有进程突然请求对资源的最大需求，也仍然存在某种调度次序能够使得每一个进程运行完毕，则称该状态是安全的。
   在进行系统资源分配之前，先计算此次资源分配的安全性。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，让进程等待。
   
   Has表示已拥有资源数，Max表示总共需要的资源数。(a)->(e)表示不会发生死锁，全部正常执行，所以是安全状态
2. 银行家算法
   （1）单资源的银行家算法（与安全状态检测类似）
   一个小城镇的银行家，他向一群客户分别承诺了一定的贷款额度，算法要做的是判断对请求的满足是否会进入不安全状态，如果是，就拒绝请求；否则予以分配。
   
   （2）多资源的银行家算法（常考）
   这个我以后看下课本！！！！