[操作系统] 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

死锁、饥饿、死循环的区别

• 死锁：至少是两个进程一起死锁，死锁进程处于阻塞态
• 饥饿：可以只有一个进程饥饿、饥饿进程可能阻塞也可能就绪，例如短进程优先调度算法
• 死循环：可能只有一个进程发生死循环，死循环的进程可上处理机，死循环一般是由程序bug导致的
• 死锁和饥饿是OS要解决的问题，死循环是应用程序员要解决的问题

死锁产生的四个必要条件

互斥条件

• 对必须互斥使用的资源的抢夺才会导致死锁

不剥夺条件

• 进程保持的资源只能主动释放，不可强行剥夺

请求和保持条件

• 保持着某些资源不放的同时，请求别的资源

循环等待条件

• 存在一种进程资源的循环等待
• 循环等待未必死锁，当不在循环内的进程释放了一些资源后，即可能解除循环等待现象。死锁一定有循环等待

什么时候会发生死锁？

​ 对不可剥夺资源的不合理分配（数量和顺序），可能导致死锁

死锁的处理策略

不允许死锁发生

静态策略：预防死锁

破坏互斥条件

• 将临界资源改造为可共享使用的资源（如SPOOLing技术）
• 缺点：可行性不搞，很多时候无法破坏互斥条件

破坏不可剥夺条件

• 方案一：申请资源得不到满足时，立即释放拥有的所有资源
• 方案二：申请的资源被其他进程占用时，由操作系统协助剥夺（考虑优先级）
• 缺点：实现复杂；剥夺资源可能导致部分工作实效；反复申请和释放导致系统开销大；可能导致饥饿；

破坏请求和保持条件

• 运行前分配好所有需要的资源，之后一直保持
• 缺点：资源利用率低；可能导致饥饿

破坏循环等待条件

• 给资源编号，必须按编号从小到大顺序申请资源
• 缺点：不方便增加新设备；会导致资源浪费；用户编程麻烦

动态策略：避免死锁

什么是安全状态？

• 系统能按某种顺序（如<P1,P2,…,Pn>）来为每个进程分配其所需的资源，使每个进程都可顺利完成，则称此时系统处于安全状态。
  

什么是安全序列？

• 可使所有进程顺利执行的序列<P1,P2,…,Pn>称为安全序列

什么是不安全状态？

• 若不存在安全序列，则称系统处于不安全状态
• 安全序列、安全状态、不安全状态、死锁之间的联系
• 银行家算法—避免系统进入不安全状态

允许死锁发生

死锁的检测

数据结构：资源分配图

两种结点

• 进程结点
• 资源结点

两种边

• 进程结点->资源结点：请求边
• 资源结点->进程结点：分配边

死锁检测算法

• 依次消除与不阻塞进程相连的边，直到无边可消
• 注：所谓不阻塞进程是指其申请的资源数还不够的进程
• 死锁定理：若资源分配图是不可完全简化的，即不能消除所有边，就说明发生了死锁

死锁的解除

不采用预防死锁和避免死锁的措施就可能导致死锁

• 资源剥夺法：OS挂起死锁进程，暂时放到外存上，并释放资源

• 撤销进程法（终止进程法）：OS强制撤销部分或全部进程

• 进程回退法：让一个或多个进程回退到可以避免死锁的安全状态