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【操作系统】死锁的概念

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【操作系统】死锁的概念

死锁的概念

在哲学家问题中,每位哲学家都在等待自己右边的人放下筷子,这些哲学家进程都因等待筷子资源而被阻塞。即发生“死锁”。

歌词:我爱你,你爱他,他爱她,她爱我。。。这个世界上每个人都爱别人。
从资源占有的角度分析,我爱你,说明你占有我的心;你爱他,说明他拥有你的心;他爱她,说明她拥有他的心;她爱我,说明我拥有她的心。因此这四个进程都持有一种独特的临界资源。

而我爱你,是我想要拥有你的心,此时我的状态就是占有她的心在等待你的心,也就是我手里的资源是他想要的,他想要的资源是你想要的,这样就出现了如哲学家进餐问题一样的循环等待问题。
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,无法向前推进的现象,就是“死锁”。发生死锁后若无外力的帮助,这些进程都无法向前推进。

死锁、饥饿、死循环的区别

死锁:各个进程互相等待对方手里的资源,导致各个进程都阻塞,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。

共同点:都是进程无法顺利向前推进的现象(故意设计的死循环除外)
不同点:

死锁死锁一定是“循环等待对方手里的资源”导致的,因此如果有思索现象,那至少有两个或两个以上的进程同时发生死锁。另外,发生死锁的进程一定处于阻塞态。
饥饿可能只有一个进程发生饥饿。发生饥饿的进程及可能是阻塞态(如长期得不到需要的I/O设备),也可能是就绪态(长期得不到处理机)
死循环可能只有一个进程发生死循环。死循环的进程可以上处理机运行(可以是运行态),只不过无法像期待的那样顺利推进。死锁和饥饿问题是由于操作系统分配资源的策略不合理导致的,而死循环是由代码逻辑的错误导致的。死锁和饥饿是管理者(操作系统)的问题,死循环是被管理者的问题。
死锁产生的必要条件

产生死锁必须同时满足以下四个条件,只要其中任一条件不成立,死锁就不会发生。

  1. 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(如哲学家的筷子,打印机设备)。像内存、扬声器这样可以同时让多个进程使用的资源是不会导致死锁的(因为进程不用阻塞等待这种资源)。
  2. 不剥夺条件:进程所获的的资源在未使用完之前,不能由其他进程强行夺走,只能主动释放。
  3. 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,该资源又被其他进程占有,此时请求进程被阻塞,但又对自己已有资源保持不放。
  4. 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。

注意:发生死锁时一定有循环等待,但是发生循环条件等待时未必死锁(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思索。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。
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