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操作系统中死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局。具体来讲在多进程环境中,当一个进程请求资源时,如果该资源不能立即获得,那么进程就会进入等待状态。若果一个处于等待状态的进程P(i),由于所等待的资源被另一个处于等待状态的进程p(j)(i!=j)所持有,而p(j)所请求的资源又被p(i)持有,这样它们所请求的资源都不会获得,两进程一直处于等待状态,形成死锁。
一、形成死锁的四个必要条件:
1、互斥(Mutual exclusion)。进程对所分配到的资源进行排它性使用,在一段时间内某资源只由一个进程占用。
2、持有并等待(Hold and wait)。指某个进程已经持有了一个或多个资源,但是还要请求其他资源,而它请求的资源不能立即获得,需要等待。
3、不可抢占(No preemption)。即进程已经获取的资源在使用过程中不能被其他进程抢占,只能在使用完后,由该进程自己释放。
4、环路等待(Circular wait)。即形成进程和请求资源之间的环路,如图:
矩形的代表进程,圆形代表资源,实线表示已经持有的资源,虚线表示正在请求的资源。
二、死锁的处理
死锁的处理包括:不允许死锁的发生;允许死锁的发生,但是可以检测并恢复;忽略该问题(这就是当机器卡死时,重启可以解决的原理所在)。
2.1、死锁的预防(Deadlock Prevention)
死锁的预防即不允许死锁的发生,可以从破除死锁发生的四个必要条件入手。因为如果不具备上述四个必要条件,那么死锁就一定不会发生。
(1)互斥:不容易破除
(2)占有并等待:两种破除方式,不持有并等待,即如果一个进程一次请求获取不了所有资源,那么它不可占用任何资源(释放掉它已经占有的资源)。持有不等待,资源充足,只要申请求资源,就给其资源,不让它等待。
(3)不可抢占:如果一个进程所请求的资源被另一进程占有,使它可以抢占另一进程占有的资源。
(4)环路等待:对资源进行排序,即每个进程访问资源的顺序是固定的。
2.2、死锁的避免(Deadlock Avoidance)
死锁的预防通过破除必要条件来使死锁一定不会发生。而死锁的预防则是允许四个必要条件的发生,但是通过一些措施使得条件不会从必要条件转为充分条件。打个比方,如果死锁是地雷并且埋在一个区域的话,死锁预防是压根就不进入雷区,而死锁避免是从雷区中找到一条安全道路。即每一步都要确保处于安全状态,安全状态是指系统能按某个顺序为每个进程分配资源(不超过其最大值)并能避免死锁,那么系统状态就是安全的。即如果存在一个安全序列,那么系统处于安全状态。如果没有这样的顺序存在,那么系统处于不安全状态。而死锁避免就是要通过一些方法找到这样一个安全序列,使系统不会发生死锁。
(1)资源请求图算法
利用资源分配图,引入需求边 Pi→Rj 表示进程 Pi 可能在将来某个时候申请资源Rj。只有申请边变为分配边而不会导致资源分配图形成环时,才允许申请。如果没有环存在,那么会使得系统处于安全状态,如果有环存在则分配会导致系统处于不安全状态。如图:
假如进程 P2 申请资源 R2
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