避免死锁的银行家算法

Posted 2020-09-06 dearYou

多线程操作系统在进程调度（资源分配）的时候可能会发生死锁。

引起死锁的直接原因是竞争不可抢占的互斥资源。这种资源有可能是临界资源，例如打印机；也有可能是可消耗性资源，例如信号量。

引起死锁的间接原因进程推进顺序不当。即系统单独运行进程P1或者P2都没有问题，但是调度两个进程同时进行时，由于调度顺序导致两个进程竞争资源产生死锁。

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产生死锁的四个必要条件：

1、互斥条件。进程已经分配到的资源具有互斥性，不能同时被其他进程共享。

2、请求和保持条件。进程因为请求资源而被阻塞时仍然占有已经分配给自己的资源。

3、不可抢占条件。进程已经分配到的资源不可以被抢占，只能等进程执行完以后自己释放。

4、循环等待条件。每个进程都在等待其他进程所占有的不可抢占的互斥资源。

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预防死锁的协议--这几个协议都有各自的局限性，并不适用

1、破坏“请求保持条件”的第一种协议。协议规定进程在开始运行时必须一次性申请全部所需的资源。改进后，协议规定进程可以只分配当前所需资源，但是只有已分配资源全部用完并释放后才可以再次申请资源。这种改进就是把一个进程按阶段当做多个“小进程”来对待，仍然具有第一种协议的缺点，比第一种情况稍好一些。

缺点：资源严重浪费，且容易引起进程饥饿现象（即进程长时间得不到运行的机会，需要资源越多的进程越容易出现此现象）；

2、破坏“不可抢占”的协议。协议规定已经持有不可抢占资源的进程在申请新资源失败后，必须释放已经持有的资源。

缺点：该方法实现复杂，且代价大。主要是因为，这种情况下进程释放某些资源时候难以保存资源的现场信息，相当于之前的工作白做了。

问题（这个不止是缺点）：进程被无限推迟。一个进程申请了资源，又被迫释放资源，又申请资源，又被迫释放资源，如果这种资源恰好是现场信息不能保存的那种，那么进程执行了这么久还跟没执行一个样子。

3、破坏“循环等待条件”的协议：规定系统中的资源必须排序，且每个进程按资源序号递增的顺序申请资源。

缺点：资源的排序难以确定，增加新设备困难。

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目前使用的避免死锁的方法：银行家算法

先看两个定义：

不安全状态：没有办法定义什么是不安全状态，安全状态之外的全部是不安全状态。

安全状态：存在一个进程的安全安全序列，就属于安全状态。

这两个概念的实际内容跟他们的名字并不相符。准确地说，安全状态是全部安全的状态的一个子集，这个子集中的每个状态都可以用至少一个特例来证明自身状态是安全的。反之，不安全状态中也包含了本身可能安全，但是不能直接证明的状态。

 

银行家算法：

1、如果进程的Request《=进程的Need，转向步骤2；否则认为出错

2、如果进程的Request《=系统现有的Avaliable，转向步骤3；否则进程等待

3、推演此次资源分配后的系统状态

4、执行安全性算法，如果推演后的系统状态仍是处于安全状态，则执行此次分配；否则，不执行此次分配

银行家算法中最关键步骤是如何利用安全性算法判断安全状态。

教科书上介绍的安全性算法是一个个遍历看能不能找到安全序列。网上搜到的代码的实现方式都是教科书式的Demo，采用循环遍历来实现。这种方式明显不可取，即便是一台个人PC也有数十个进程同时运行，用循环来做安全性算法难道合适吗？