第七章：死锁

第七章：死锁

在多道程序系统中，由于多个进程并发执行，大大改善了系统资源的利用率并提高了系统处理能力，但也带来了新的问题--死锁。

死锁

在多道程序环境中，多个进程可以竞争有限数量的资源。当一个进程申请资源的时候，如果此时无可用资源，则该进程进入waiting state。有时如果所申请的资源被其他进程占有，则该进程有可能再也无法改变其状态，这种情况叫做死锁。多个进程由于竞争有限资源导致僵局（互相等待），若无外力作用，则这些进程都无法向前推进。

ps: 此处注意理解 “互相等待” 的具体含义。同时注意：一般 os 不提供死锁预防措施。

7.1 系统模型

系统资源：有限种类，有限实例。

正常模式下，进程按照， 申请（request），使用（use) ，释放（release）来使用资源。

7.2 死锁特征

死锁的识别和检测是有一定难度的，因为它只在某些调度情况下出现。

四个死锁的必要不充分条件

• 互斥（mutual exclusion）：

• 占有并等待（hold and wait）：

• 非抢占（no preemption）：

• 循环等待（circular wait）：

资源分配图：（Resource Allocation Graph）--- to describe the deadlock

黑点表示资源实例，注意下分配边和申请边。

要求：通过观察图判断是否有deadlock，下面列举三个例子

结论：（a)，（c) 无死锁，（b）有死锁

我们可以总结发现： 如果分配图中无环则系统无死锁，若有环则可能存在死锁。如果每种资源的实例只有一个，则存在环 等价于 出现死锁（环上的进程出现死锁）。如果每种资源有多个实例，则有环不一定会出现死锁，此时为必要不充分条件。

7.3死锁处理方法

-----设备利用率低，系统吞吐率低

• Deadlock Prevention // Deadlock Avoidance 确保系统不进入死锁状态。

• 允许系统进入死锁状态，然后 Deadlock Detection Recovery from Deadlock

• 直接忽略问题，认为死锁不会发生。

7.4 Deadlock Prevention

确保死锁的四个必要条件至少有一个不成立即可预防死锁。

• 互斥（mutual exclusion）：通常不能通过否定互斥条件预防死锁。因为有些资源本省就是非共享的，例如一个互斥锁。

• 持有并等待（hold and wait）：保证每个进程在申请资源的时候不能占有其他资源。（all or none）缺点：资源利用率低且可能会出现starvation

• 无抢占（no preemption）：如果一个进程持有资源并申请另一个不能立即分配的资源，那么这个进程的资源都可被抢占（隐形释放）。

  可能会导致 live lock

• 循环等待（circular wait）：对所有资源全排序，要求进程按递增顺序申请资源。

7.5 Deadlock Avoidance

一个最简单的模型：算法检查资源分配状态（进程可分配资源，已分配资源，最大需求），确保循环等待条件不会成立。

安全状态（safe state）：如果系统能按一定顺序为每个进程分配资源(不超过它的最大需求),仍然避免死锁，那么系统的状态就是安全的(safe)。更为正式地说，只有存在一个安全序列（safe sequence)，系统才处于安全状态。进程序列〈P1，P2，…，Pn.〉在当前分配状态下为安全序列是指:对于每个Pi,,Pi,仍然可以申请的资源数小于当前可用资源加上所有进程Pj(其中j

资源分配图算法：适用于单例资源

资源分配的变形可用于避免死锁。除了申请边和分配边外引入需求边（claim edge）。

现在假设进程Pi申请资源Rj。只有在将申请边Pi→Rj变成分配边Rj→Pi并且不会导致资源分配图形成环时，才能允许申请。通过采用环检测算法，检查安全性如果没有环存在，那么资源的分配会使得系统处于安全状态。如果有环存在，那么分配会导致系统处于非安全状态。在这种情况下，进程Pi应等待资源申请。

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