关于死锁的一些概念

Posted 2020-08-23 dragonir

关于死锁的一些概念

1.死锁：如果一组进程中的每一个进程都在等待仅由该组进程中的其它进程才能引发的事件，那么该组进程是死锁的。

2.产生死锁的原因：

　　（1）竞争不可抢占性资源。

　　（2）竞争可消耗资源。

当系统中供多个进程共享的资源如打印机，公用队列等，其数目不足以满足诸进程的需要时，会引起诸进程对资源的竞争而产生死锁。
　　（3）进程推进顺序不当。

进程在运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，也同样会导致产生进程死锁。
如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足，死锁出现的可能性就很低，否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁。其次，进程运行推进顺序与速度不同，也可能产生死锁。

一个线程也可引起死锁。
3.产生死锁的四个必要条件：

　　（1） 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。

　　（2） 请求和保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。

　　（3） 不可抢占条件:进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺，只能在进程使用完时由自己释放。

　　（4） 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

这四个条件是死锁的必要条件，只要系统发生死锁，这些条件必然成立，而只要上述条件之一不满足，就不会发生死锁。因此可以写下如下的预防死锁的方法。

4.避免死锁的方法：

　　（1）破坏“互斥”条件:就是在系统里取消互斥。若资源不被一个进程独占使用，那么死锁是肯定不会发生的。但一般“互斥”条件是无法破坏的。因此，在死锁预防里主要是破坏其他三个必要条件，而不去涉及破坏“互斥”条件。

　　（2）破坏“请求和保持”条件:在系统中不允许进程在已获得某种资源的情况下，申请其他资源。即要想出一个办法，阻止进程在持有资源的同时申请其他资源。

　　方法一：所有进程在运行之前，必须一次性地申请在整个运行过程中所需的全部资源。这样，该进程在整个运行期间，便不会再提出资源请求，从而破坏了“请求”条件。系统在分配资源时，只要有一种资源不能满足进程的要求，即使其它所需的各资源都空闲也不分配给该进程，而让该进程等待。由于该进程在等待期间未占有任何资源，于是破坏了“保持”条件。

　　优点：简单、易行且安全。

　　缺点：　a.资源被严重浪费，严重恶化了资源的利用率。

　　　　　　b.使进程经常会发生饥饿现象。
　　方法二：要求每个进程提出新的资源申请前，释放它所占有的资源。这样，一个进程在需要资源S时，须先把它先前占有的资源R释放掉，然后才能提出对S的申请，即使它可能很快又要用到资源R。

　　（3）破坏“不可抢占”条件：允许对资源实行抢夺。
　　方法一：如果占有某些资源的一个进程进行进一步资源请求被拒绝，则该进程必须释放它最初占有的资源，如果有必要，可再次请求这些资源和另外的资源。
　　方法二：如果一个进程请求当前被另一个进程占有的一个资源，则操作系统可以抢占另一个进程，要求它释放资源。只有在任意两个进程的优先级都不相同的条件下，该方法才能预防死锁。

　　（4）破坏“循环等待”条件：将系统中的所有资源统一编号，进程可在任何时刻提出资源申请，但所有申请必须按照资源的编号顺序（升序）提出。这样做就能保证系统不出现死锁。

利用银行家算法避免死锁：

银行家算法:

设进程i提出请求Request[j]，则银行家算法按如下规则进行判断。

(1) 如果Request[j]≤Need[i,j]，则转向（2），否则认为出错，因为它所需要的资源数已超过它所宣布的最大值。

(2) 如果Request[j]≤Available[j]，则转向（3）；否则表示尚无足够资源，Pi需等待。

(3) 假设进程i的申请已获批准，于是修改系统状态：

Available[j]=Available[j]-Request[i]

Allocation[i,j]=Allocation[i,j]+Request[j]

Need[i,j]=Need[i,j]-Request[j]

　　(4)系统执行安全性检查，如安全，则分配成立；否则试探险性分配作废，系统恢复原状，进程等待。

安全性算法：

　　(1) 设置两个工作向量Work=Available；Finish[i]=False

　　(2) 从进程集合中找到一个满足下述条件的进程，

Finish [i]=False;

Need[i,j]≤Work[j];

如找到，执行(3)；否则，执行(4)
　　(3) 设进程获得资源，可顺利执行，直至完成，从而释放资源。

　　Work[j]=Work[j]+Allocation[i,j];

　　Finish[i]=True;

　　Go to step 2;
　　(4) 如所有的进程Finish[i]=true，则表示安全；否则系统不安全。

5.死锁的解除：

一旦检测出死锁，就应立即釆取相应的措施，以解除死锁。死锁解除的主要两种方法：

　　1) 抢占资源。从一个或多个进程中抢占足够数量的资源，分配给死锁进程，以解除死锁状态。

　　2) 终止（或撤销）进程。终止（或撤销）系统中的一个或多个死锁进程，直至打破循环环路，使系统从死锁状态解脱出来。

总结：

一般情况下,如果同一个线程先后两次调用lock,在第二次调用时,由于锁已经被占用,该线程会挂起等待别的线程释放锁,然而锁正是被自己占用着的,该线程又被挂起而没有机会释放锁,因此就永远处于挂起等待状态了,这叫做死锁(Deadlock)。另?一种典型的死锁情形是这样:线程A获得了锁1,线程B获得了锁2,这时线程A调?用lock试图获得锁2,结果是需要挂起等待线程B释放锁2,而这时线程B也调?用lock试图获得锁1,结果是需要挂起等待线程A释放锁1,于是线程A和B都永远处于挂起状态了。
注意：

写程序时应该尽量避免同时获得多个锁,如果一定有必要这么做,则有一个原则:如果所有线程在需要多个锁时都按相同的先后顺序(常见的是按Mutex变量的地址顺序)获得锁,则不会出现死锁。比如一个程序中用到锁1、锁2、锁3,它们所对应的Mutex变量的地址是锁1<锁2<锁3,那么所有线程在需要同时获得2个或3个锁时都应该按锁1、锁2、锁3的顺序获得。如果要为所有的锁确定一个先后顺序比较困难,则应pthread_mutex_trylock调用代替pthread_mutex_lock 调用,以免死锁。

 

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所谓死锁：是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。由于资源占用是互斥的，当某个进程提出申请资源后，使得有关进程在无外力协助下，永远分配不到必需的资源而无法继续运行，这就产生了一种特殊现象死锁。

 

虽然进程在运行过程中，可能发生死锁，但死锁的发生也必须具备一定的条件，死锁的发生必须具备以下四个必要条件。

 

1）互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。

 

2）请求和保持条件：指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。

 

3）不剥夺条件：指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。

 

4）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P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。

 

在系统中已经出现死锁后，应该及时检测到死锁的发生，并采取适当的措施来解除死锁。目前处理死锁的方法可归结为以下四种：

 

1) 预防死锁。

 

　　这是一种较简单和直观的事先预防的方法。方法是通过设置某些限制条件，去破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或者几个，来预防发生死锁。预防死锁是一种较易实现的方法，已被广泛使用。但是由于所施加的限制条件往往太严格，可能会导致系统资源利用率和系统吞吐量降低。

 

2) 避免死锁。

 

　　该方法同样是属于事先预防的策略，但它并不须事先采取各种限制措施去破坏产生死锁的的四个必要条件，而是在资源的动态分配过程中，用某种方法去防止系统进入不安全状态，从而避免发生死锁。

 

3)检测死锁。

 

　　这种方法并不须事先采取任何限制性措施，也不必检查系统是否已经进入不安全区，此方法允许系统在运行过程中发生死锁。但可通过系统所设置的检测机构，及时地检测出死锁的发生，并精确地确定与死锁有关的进程和资源，然后采取适当措施，从系统中将已发生的死锁清除掉。

 

4)解除死锁。

 

　　这是与检测死锁相配套的一种措施。当检测到系统中已发生死锁时，须将进程从死锁状态中解脱出来。常用的实施方法是撤销或挂起一些进程，以便回收一些资源，再将这些资源分配给已处于阻塞状态的进程，使之转为就绪状态，以继续运行。死锁的检测和解除措施，有可能使系统获得较好的资源利用率和吞吐量，但在实现上难度也最大。