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第4章进程的同步和死锁.ppt

第4章进程的同步和死锁.ppt

§4.1 进程的同步和互斥
wait的经典定义可用伪代码表示为: wait(s) { while (s<=0) ; // no.op s - - . .; }
signal的经典定义可用伪代码表示为: signal (s) { s + +; }
§4.1 进程的同步和互斥
1.信号量的使用 可使用信号量来解决n个进程的临界区问题。这n个进程共
§4.1 进程的同步和互斥
4.1.3 信号量机制
信号量(Semaphore)机制是荷兰学者E.W.Dijkstra在1965 年提出的一种解决进程同步、互斥问题的更通用工具,并 在THE操作系统中得到实现。
信号量S是个整数变量,除了初始化外,它只能通过两个标 准的原子操作wait和signal来访问。这两个操作原来被称 为P(用于wait,表测试)和V(用于signal,表增加)操作。
§4.1 进程的同步和互斥
2.信号量的实现 上面定义的信号量虽然能够用来解决进程的同步和互斥问
题,但存在一个明显的缺陷,即该机制没有遵循“让权等 待”的原则,而是使进程处于“忙等”状态。 为了克服这个缺点,可定义一个结构体信号量: typedef struct {
int value; struct process *L; //进程链表 } semaphore;
§4.1 进程的同步和互斥
2.临界资源 在计算机的资源中,有些资源,如上面提到的打印机资源,
一次能被一个进程使用,这类资源称为临界资源 (Critical Resource)。 临界资源可能是硬件,也可能是软件:变量,数据,表格, 队列等。它们虽然可以被若干个进程所共享,但一次能为一 个进程所利用。 为了保证共享临界资源的各个进程能正确运行,当临界资源 由一个进程占用后,其它进程如果要使用它,必须等待占用 进程使用完毕并把它释放后,才能由另一个进程使用。多个 进程在共享临界资源时的这种制约关系称为进程的互斥。

第八章 死锁ppt课件

第八章 死锁ppt课件
4.
系统执行安全性算法,安全,分配;不安全 ,恢复试探前资源分配状态
银行家算法实例
5个进程P0 到 P4; 3类资源A(10 个实例), B (5个实 例), 和 C (7个实例). 假定在T0时刻的状态 Allocation Max Available ABC ABC ABC P0 0 1 0 753 332 P1 2 0 0 322 P2 3 0 2 902 P3 2 1 1 222 P4 0 0 2 433


特点

银行家算法中的数据结构

可利用资源向量Available
M个元素的数组,Availabe[j]=k

最在需求矩阵Max
nxm的矩阵,Max(i,j)=k

分配矩阵Allocation
nxm的矩阵,Allocation(i,j)=k

需求矩阵Need
nxm的矩阵,Need(i,j)= Max(i,j)- Allocation(i,j)
存在环但没有死锁的资源分配图
死锁特征:基本因素

如果图中没有环 没有死锁. 如果图中有环

如果各类资源只有一个实例,那么一定存在死 锁 如果各类资源有多个实例,那么可能存在死锁

死锁处理方法

确保系统不会进入死锁状态 允许系统进入死锁状态,然后检测并加恢复 忽略死锁问题,认识死锁不可能发生
死锁避免
Hale Waihona Puke 死锁预防 资源利用率低,降低了系统吞吐量 死锁避免

动态的检测资源分配状态,以确保循环等待条 件不成立
在分配资源时判断是否会出现死锁,如不会死 锁,则分配资源

系统的安全状态

操作系统课件 第9章-死锁

操作系统课件 第9章-死锁

9.2 死锁的检测与恢复
一、死锁的检测方法
1. 每种资源只有1个 借助于资源分配图
方法:构造资源分配图,若存在环,则环中进程死锁。
死锁的检测方法
资源分配图: :进程 :资源 :进程已占有资源 :进程申请资源,处于等待状态
死锁的检测方法
【例】设系统中有进程7个:A~G,资源6种:R~W,每种资源只有1个。 资源占有及申请情况如下:
9.1 死锁的基本概念
为什么会出现死锁? 竞争资源,而资源有限。 例如,2个进程A、B,都需要资源R1、R2 若A:拥有R1,申请R2 若B:拥有R2,申请R1 如何?
9.1 死锁的基本概念
二、什么情况下会产生死锁?
4个必要条件:coffman(1971)年提出 1)互斥条件
每个资源要么被分配给了1个进程,要么空闲 2)占有及等待(部分分配)条件
第9章 死锁
9.1 死锁的基本概念 9.2 死锁的检测与恢复 9.3 死锁避免 9.4 死锁预防
9.1 死锁的基本概念
一、什么是死锁(Deadlock)?
一个进程集合中的每个进程都在等待只能由该集合中的其它进程才能引 发的事件,这种状态称作死锁。 一组竞争系统资源的进程由于相互等待而出现“永久”阻塞。
死锁的检测方法
如果分配矩阵C如下,其它不变,会死锁吗?
当前分配矩阵C =
0, 0, 2, 0 2, 0, 1, 1 0, 1, 0, 0
9.2 死锁的检测与恢复
二、何时检测死锁?
1)每当有资源请求时; 2)周期性检测; 3)每当CPU的使用率降到某一阈值时。 死锁检测会占用大量的CPU时间
9.2 死锁的检测与恢复源自9.3 死锁避免一、安全状态与不安全状态
安全状态: 若在某一时刻,系统中存在进程序列<P1, P2, …, Pn>,如果按此序列依次为 每个进程Pi分配资源,使每个进程均可顺利完成。则称此时系统的状态为安 全状态,称这样的一个进程序列<P1, P2, …, Pn>为安全序列。 安全序列的实质是:对于每一个进程Pi(1≤i≤n),它以后尚需要的资源量 不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj (j < i )当前占有资源量之和 若在某一时刻,系统中不存在一个安全序列,则称系统处于不安全状态。

死锁PPT课件

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▪ 当某个进程提出资源请求后,若干进程因竞 争资源而在无外力P的作用下,永远不能向 前推进的状态。
▪ 例如,n个进程P1、P2,…,Pn,Pi因为申 请 不 到 资 源 Rj 而 处 于 等 待 状 态 , 而 Rj 又 被 Pi+1占有,Pn欲申请的资源被P1占有,此时 这n个进程的等待状态永远不能结束,则说 这n个进程处于死锁状态。
实例说明系统所处的和A、 B、C三类资源;
▪ A类资源共有10个,B类资源共有 5个,C类资源共有7个。
3.6 死锁
3.6.1 死锁产生 3.6.2 死锁防止 3.6.3 死锁避免 3.6.4 死锁检测和解除
3.6.1 死锁产生
若干死锁的例子(1)
例1进程推进顺序不当产生死锁
设系统有打印机、读卡机各一台,被
进程P和Q共享。两个进程并发执行,
按下列次序请求和释放资源:
进程P
进程Q
请求读卡机 请求打印机
• Aki ≤Cki 对i=1,..,m,k=1,..,n; 表示进程申 请任何类资源数不能超过声明的最大资源需求 数
一种死锁避免策略
系统中若要启动一个新进程工作,其对资 源Ri的需求仅当满足下列不等式:
Ri ≥ C(n+1)i+ ∑Cki 对i=1,..,m,k=1,..,n; 即应满足当前系统中所有进程对资源Ri 的最大资源需求数加上启动的新进程的 最大资源需求数不超过系统拥有的最大 数。
▪ 最大需求矩阵--每个进程对每类资源的最大需 求量,Cij表示进程Pi需Rj类资源最大数
C11 C12

C1m
C21 C22

C2m
Claim =
Cn1 Cn1

Cnm

死锁讲稿PPT

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下面我们来看看上节课给大家布置的思考题,假设生产者 和消费者中的两个P操作分别互换了顺序,会什么影响呢?
我们再执行一遍进程: 生产者:仓库里有人吗?——没有——进仓库(开启 仓库有人的指示)——仓库里有空位吗?——假设这时仓 库正好满了——进程挂起(等待)。。。。。。 消费者:仓库里有人吗?——有——进程直接被挂起 (等待)。。。。。。
引起死锁的第二个原因是:进程推进顺序不当可能会引起死 锁。一般进程可能按下述两种顺序向前推进:
进程推进顺序合法 推进顺序非法
我们用坐标图来示意,假设横坐标表示P1进程,竖坐标表示P2进程, P1进程的操作顺序是:请求R1 ---请求R2---释放R1---释放R2,P1进程在这 段期间占用R1,在这段期间占用R2. P2进程的操作顺序是:请求R2 ---请求 R1---释放R2---释放R1,P2进程在这段期间占用R2,在这段期间占用R1.
两个并行执行的进程P1、P2,进程P1先请求打 印机、进程P2先请求扫描仪----假设在P2未释放扫 描仪之前,进程P1请求扫描仪(未响应)----假设 在进程P1未释放打印机之前,进程P2请求打印机 (未响应)----这时互相牵制住对方----死锁了。
那究竟有哪些原因会导致进程死锁? 请同学们拿出手机打开超星学习通做题,来回 答这个问题:
打印机就是非剥夺性资源,它要求必须每一个文件打印 完毕,才能接受下一次任务。
假设现在有A、B、C三个进程并发的向输出井输出信息, 进程A输出ABCD,进程B输出FGHI,进程C输出LMNO, 这时三个进程均未输出完毕,但输出井已满,则三个进程 陷入死锁。
我们再来分析竞争临时性资源是否一定会引起死锁: 例如:有P1,P2,P3三个并行进程,共享S1,S2,S3三个 临时资源, 假设三个进程的顺序是这样的:P1释放S3,请求S1——P2 释放S1,请求S2——P3释放S2,请求S3,不可能发生死锁。 如果顺序改为:P1请求S1,释放S3——P2请求S2,释放 S1——P3请求S3,释放S2,可能发生死锁。

计算机操作系统 第5章 死 锁ppt课件

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5.1.2 死锁产生的条件(续)
2. 资源分配图由结点和边组成。结点有二类,一类是进程结点,用园圈表示;另一 类是资源结点,用小方框表示一类资源,用方框中的小圈表示资源数。边也有二 类,一类是分配边,它由资源结点指向进程结点,另一类是恳求边,它由进程结 点指向资源结点。
前往 P1
○ R1
P2 R2 ○
互斥运用是资源本身特征所决议的。运用硬软件结合可改动资源本身特性,例 如采用SPOOLing技术可将“独享〞 打印机改动为“共享〞的打印机。 2。破坏不可抢占条件 抢占式调度法主要用于处置机和存贮器资源调度,它们的形状容易保管和恢复。 但此法对外部设备和私存数据不宜运用。
5.2 死 锁 预 防(Deadlock Prevention) -1
一个资源,但又提出了新的资源要求,而该资源又已被其它 进程占有,此时恳求进程阻塞,但又对曾经获得的其它资源 坚持不放。 环路等待〔 Circular wait 〕条件:当每类资源只需一个时, 在发生死锁时,必然存在一个进程-资源的环形链。如一系 统形状的资源分配图所示,P1正在等待一个P2 占用的资源 R2,P2正在等待一个P1占用的资源R1。
• 这样三进程可按照〔P2、P1、P3〕序列顺序地一个个执行 完成,那么〔P2、P1、P3〕序列是平安序列,T0时辰形状也 是平安形状。
• 2.由平安形状向不平安形状的转换
• 假设在T0 形状不按平安序列进展分配,能够会导致系统进 入一个不平安形状,例如在T0形状下P3中恳求1台磁带机。如 系统实施此次分配使系统形状由T0变为T1形状,分析T1形状 平安情况。
银行家算法例:
假定系统中有五个进程{P0、P1、P2、P3、P4}和三种类型资源{A、B、C},每一种 资源的数量分别为10、5、7。各进程的最大需求、T0时辰资源分配情况如下 所示。

12-死锁 PPT课件

12-死锁 PPT课件
进程 P1 P2 P3 最大需求 10 4 9 已分配 5 2 2 可用 3
第三章 处理机调度
3.
T0时刻以后
例如P3请求1台磁带机,若分配,系统进入不安全状态。 因为
无法再找到一个安全序列。
因为其余2台分配给P2,P2完成后只能释放出4台,既不能满足
P1,也不能满足P3,致使它们都无法推Байду номын сангаас到完成,彼此都在等
待对方释放资源,即陷入僵局,结果导致死锁。
第三章 处理机调度
3.6.3 利用银行家算法避免死锁
1. 银行家算法中的数据结构 (1) 可利用资源向量 Available 。一个含有 m 个元素的数组,
Available[j]=K,则表示系统中现有Rj类资源K个。
(2) 最大需求矩阵Max,n×m的矩阵 Max[i,j]=K:进程i需要Rj类资源的最大数目为K
第三章 处理机调度
3.6 预防死锁的方法
3.6.1 预防死锁
第三章 处理机调度
第三章 处理机调度
第三章 处理机调度
在避免死锁的方法中,允许进程动态地申请资源,但 系统在进行资源分配之前,应先计算此次资源分配的 安全性。若此次分配不会导致系统进入不安全状态, 则将资源分配给进程;
第三章 处理机调度
2. 银行家算法
设Requesti是进程Pi的请求向量,如果Requesti[j]=K,
表示进程Pi需要K个Rj类型的资源。当Pi发出资源请求后,系
(1) 如果 Requesti[j ]≤Need[ i,j],便转向步骤 2 ;否则出 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Requesti[j]≤Available[j],便转向步骤(3);否则, 表示尚无足够资源,Pi须等待。

进程死锁

进程死锁

1、甲、乙都在桥头,甲的优先级高。
2、甲已经走了50米,乙走了20米。
3、甲、乙都走到了桥中间,但甲的后面跟了许 多人。
进程的代价
• 进程优先数。 • 进程类的外部代价。 • 运行代价。重新启动进程并运行到当前撤消点所需要的
代价。
按序分配的例—哲学家问题
• 将叉子编号,F1、F2、F3、F4、F5
P1:
P2:
P3:
L: P(F1) L: P(F2) L: P(F3)
P(F2)
P(F3)
P(F4)
吃面
吃面
吃面
V(F1)
V(F2)
V(F3)
V(F2)
V(F3) V(F4)
GOTO
L GOTO L GOTO L
按序分配的例—哲学家问题
进程所占有的资源,使系统处于无限期的等待状态。
死锁产生的原因
• 资源分配不合理 • 进程推进速度不合理:著名的哲学家问题。
哲学家问题
• 每个人必须同时拿到两把叉子才能吃到面。 • 如果每个人都拿到了一把叉子,就永远吃不到面了。 • 思考:哲学家之间是什么关系?如何用信号量和PV原语
实现他们之间的制约关系?
进程死锁
死锁的概念 死锁产生的原因 死锁的必要条件
死锁现象
• 引例:系统中有两个进程P1、P2,两份资源S1、S2, 目前状况是:
P1拥有资源S1,进程P2拥有资源S2,但他们都在 不放弃已拥有资源的情况下,申请对方所占有的资源。
• 出现:P1和P2相互等待对方资源的现象。 • 死锁:系统中的一组进程,每一个进程都在等待另一个
P4: L: P(F4)
P(F5) 吃面 V(F4) V(F5)
GOTO L
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将叉子编号,F1、F2、F3、F4、F5
P1:
P2:
P3:
L: P(F1) L: P(F2) L: P(F3)
P(F2)
P(F3)
P(F4)
吃面
吃面
吃面
V(F1)
V(F2)
V(F3)
V(F2)
V(F3)
V(F4)
GOTO L
GOTO L GOTO L
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14
按序分配的例—哲学家问题
P4: L: P(F4)
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3
死锁产生的原因
➢ 资源分配不合理 ➢ 进程推进速度不合理。著名的哲学家问 题:
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4
哲学家问题
➢ 每个人必须同时拿到两根筷子才能吃到 面条。 ➢ 如果每个人都拿到了一根筷子,就永远 吃不到面条了。 ➢ 思考:哲学家之间是什么关系?如何用 信号量和PV原语实现他们之间的制约关系?
系统当前的空闲资源为F:(2,6,2) 进程要运行结束,还需请求的资源R为:
进程 A B C P1 0 0 2 P2 0 0 0 P3 0 7 5
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8
资源分配图
r1

r2

P1
r3
••
P2
P3
r4 • • •
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9
用资源分配图判断死锁
➢ 如果没有环路,则一定没有死锁 ➢ 如果有环路,且环路中资源类只有一个 资源,则有死锁。 ➢ 如果有环路,但环路中资源类有多个资 源,则不一定有死锁。
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10
例题
假定某系统当时的资源分配图如下所示:
(1)分析当时系统是否存在死锁。
(2)若进程P3再申请R3时,系统将发生
什么变化,说明原因。
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11
死锁的防止
原理:打破死锁存在的四个必要条件之一。 ➢ 互斥条件:不能人为打破。 ➢ 占有并等待:
➢ 措施一:资源的静态分配。在进程运行前, 将进程所需要的所有资源分配给进程,且在整 个进程运行过程中,进程所占有资源不能被其 他进程使用。 ➢ 释放已占资源
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6
死锁存在的必要条件
➢ 资源的互斥使用
S1
➢ 资源的不可抢占
P2
➢ 占有并等待(资源的
➢ 部分分配)
P1
S2
➢ 资源的循环等待。
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7
资源分配图
用有向图来表示进程对资源的占有情况。
➢ 顶点:进程,资源 ➢ 边:如果一个进程已经占有了一份资源,则 画一条指向进程的边。 ➢ 如果一个进程申请一份资源,则画一条指向 资源的边。 ➢ 如果同一份资源有多个,则用顶点中的圆点 数表示。
进程
已占有资源数 最大需求数
A BC
A BC
P1
263
2 65
P2
201
2 01
P3
210
2 85
若系统还有剩余资源分别为:A类2个,B类6个,C类2个。请 回答下列问题:
(1) 目前系统是否处于安全状态?
(2)如果进程P3提出申请(0,5,2)个资源,系统是否能
为它分配资源?
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23
问题1:步骤一:计算F和R
如何判断系统是否安全?
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16
“不安全”与死锁的区别
➢ “不安全”并不一定发生死锁 ➢ 死锁状态集是不安全状态集的子集
不安全状态
死锁状态
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17
银行家算法-基本思想
➢ 一个用户对资金的最大需求量不超过银 行家现有的资金
➢ 用户可以分期贷款,但贷款总数不能超 过最大需求量
➢ 可以推迟支付,但总能在有限的时间内 让用户得到贷款
第 8 章 进程死锁
死锁的概念 死锁产生的原因 死锁的必要条件
死锁预防 死锁避免 死锁检测与解除
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1
死锁现象
引例:系统中有两个进程P1、P2,两份 资源S1、S2,目前状况是:
P1
S2
S1
P2
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2
死锁现象
➢ 进程P1拥有资源S1,进程P2拥有资源S2, 但他们都在不放弃已拥有资源的情况下, 申请对方所占有的资源。 ➢ 出现:P1和P2相互等待对方资源的现象。 ➢ 死锁:系统中的一组进程,每一个进程 都在等待另一个进程所占有的资源,使系 统处于无限期的等待状态。
➢ 再测试系统现存的资源能否满足该进程尚 需的最大资源量
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19
银行家算法-数据结构
➢ 系统中总的资源 ➢ 进程运行所需的最大资源数 ➢ 已经分配的资源数 P ➢ 还需要申请的资源数 R
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20
银行家算法-过程
准备:计算系统中的剩余资源F;计算进 程请求资源R
(1)找到一个进程Pi,满足Ri<=F
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12
死锁的防止
➢ 不可抢夺
➢ 允许抢占:资源尚未占用;进程处在等待 状态
➢ 只有处理器、主存资源可以抢占
➢ 循环等待:
➢ 资源的按序分配。将资源编号,紧缺资源 的编号大,充裕资源的编号小。只有低编号 的资源得到满足后,才能分配高编号资源。 打破了资源的循环等待。
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13
按序分配的例—哲学家问题
(2)如果找到这样的进程,则将F=F+Pi
(3)继续(1)
(4)如果找不到一个进程,满足: F>=Ri,则说明系统不安全。
(5)若所有进程都能够运行结束,则系
统安全。
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21
例题
➢ 教材P240 例1
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22
银行家算法的应用实例
现有三个进程P1、P2、P3,,共享A、B、C三类资源, 进程对资源的需求量和目前分配情况如下表:
➢ 当用户得到所需全部资金后,一定能Hale Waihona Puke 有限的时间内归还编辑ppt
18
银行家算法-原理
➢ 当进程首次申请资源时:
➢ 测试该进程对资源的最大需求量,如果系 统现存的资源可以满足它的最大需求量,则 按申请分配,否则推迟分配。
➢ 执行过程中申请:
➢ 先测试已占用的资源数与本次申请的资源 数之和是否超过该进程对资源的最大需求量
P(F5) 吃面 V(F4) V(F5) GOTO L
P5: L: P(F1)
P(F5) 吃面 V(F1) V(F5) GOTO L
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15
8. 4 死锁避免
资源的动态分配:允许根据用户需求分 配资源,但每次分配之前都要检查系统 是否安全,如果不安全,即使有资源, 也不能分配给进程。
安全的含义:如果系统中存在着一个进 程序列,使所有的进程都能够运行结束, 则称系统是安全的。否则是不安全的。
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5
注意:死锁讨论的范畴
➢ 不属于讨论的范畴
➢ 进程申请了不存在的资源 ➢ 申请资源最大数超过了系统拥有的最大数 ➢ 硬件故障或程序性错误引起的循环等待
➢ 假定:
➢ 任何一个进程要求资源的最大数不超过系统提供 最大数量
➢ 申请资源得到满足,一定在有限时间内完成 ➢ 只有在申请资源得不到满足时才处于等待状态
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