9.1 死锁概述

一、死锁的定义

在多道程序系统中,由于多个进程的并发执行,改善了系统资源的利用率并提高了系统的处理能力。然而,多个进程的并发执行也带来了新的问题——死锁。

所谓死锁是指多个进 程因竞争资源而造成的一种僵局(互相等待),若无外力作用,这些进程都将无法向前推进。

例如,某计算机系统中只有一台打印机和一台输入设备,进程P1正占用输入设备,同时又提出使用打印机的请求,但此时打印机正被进程P2 所占用,而P2在未释放打印机之前,又提出请求使用正被P1占用着的输入设备。这样两个进程相互无休止地等待下去,均无法继续执行,此时两个进程陷入死锁状态。

二、死锁产生的原因

  1. 系统资源的竞争
    通常系统中拥有的不可剥夺资源,其数量不足以满足多个进程运行的需要,使得进程在运行过程中,会因争夺资源而陷入僵局,如磁带机、打印机等。对不可剥夺资源的竞争可能导致死锁的发生。
  1. 进程推进顺序非法
    进程在运行过程中,请求和释放资源的顺序不当,也同样会导致死锁。例如,并发进程 P1、P2分别保持了资源R1、R2,而进程P1申请资源R2,进程P2申请资源R1时,两者都会因为所需资源被占用而阻塞。

信号量使用不当也会造成死锁。进程间彼此相互等待对方发来的消息,结果也会使得这 些进程间无法继续向前推进。例如,进程A等待进程B发的消息,进程B又在等待进程A 发的消息,可以看出进程A和B不是因为竞争同一资源,而是在等待对方的资源导致死锁。

三、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
    进程要求对所分配的资源(如打印机)进行排他性控制,即在一段时间内某 资源仅为一个进程所占有。此时若有其他进程请求该资源,则请求进程只能等待。

  2. 不剥夺条件
    进程所获得的资源在未使用完毕之前,不能被其他进程强行夺走,即只能 由获得该资源的进程自己来释放(只能是主动释放)。

  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,而该资源 已被其他进程占有,此时请求进程被阻塞,但对自己已获得的资源保持不放。

  4. 循环等待条件
    存在一种进程资源的循环等待链,链中每一个进程已获得的资源同时被 链中下一个进程所请求。即存在一个处于等待状态的进程集合{Pl, P2, ..., pn},其中Pi等 待的资源被P(i+1)占有(i=0, 1, ..., n-1),Pn等待的资源被P0占有。


四、死锁的处理策略

为使系统不发生死锁,必须设法破坏产生死锁的四个必要条件之一,或者允许死锁产生, 但当死锁发生时能检测出死锁,并有能力实现恢复。

  • 预防死锁
    设置某些限制条件,破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或几个,以防止发生死锁。

  • 避免死锁
    在资源的动态分配过程中,用某种方法防止系统进入不安全状态,从而避免死锁。

  • 死锁的检测及解除
    无需釆取任何限制性措施,允许进程在运行过程中发生死锁。通过系统的检测机构及时 地检测出死锁的发生,然后釆取某种措施解除死锁。

预防死锁和避免死锁都属于事先预防策略,但预防死锁的限制条件比较严格,实现起来较为简单,但往往导致系统的效率低,资源利用率低;避免死锁的限制条件相对宽松,资源分配后需要通过算法来判断是否进入不安全状态,实现起来较为复杂。

下面是各种死锁处理策略的比较:


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