现代操作系统 第3章 死锁

3.5.2 产生死锁的必要条件
破坏第一个条件（互斥条件），使资源 可同时访问而不是互斥使用，是简单的 方法。磁盘可以用这种方法管理，但许 多资源往往是不能同时访问的，这种做 法许多场合行不通
3.5.2 产生死锁的必要条件
采用抢占式的调度方法可以破坏第三个 条件（不剥夺条件），但剥夺调度方法 目前只适用于对主存资源和处理器资源 的分配。 比较实用的方法是破坏第二个条件或第 四个条件
进程Q1 …. P(S1) P(S2) …. 使用r1和r2 … V(s1) V(s2)
进程Q2
…. P(S2) P(S1) …. 使用r1和r2 … V(s2) V(s1)
同类资源分配不当
若系统中有m个资源被n个进程共享， 当每个进程都要求K个资源，而m<n*k 时，即资源数小于进程所要求的总数时 ，如果分配不得当就可能引起死锁 例如，m=5 n=5 k=2，分配策略为每 个进程轮流分配，首先第一次每个进程 都分配一个，在第二轮分配时就会出现 死锁
(a)
(b)
(c)
(d)
说明（b）中的状态为不安全状态 safe
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单个资源的银行家算法
(a)
(b)
(c)
• 三个资源分配状态
– 安全 – 安全 – 不安全
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多个资源的银行家算法
多个资源的银行家算法例子
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银行家算法实例
假定系统中有五个进程｛P0, P1, P2, P3, P4｝和三类 资源｛A, B, C｝，各种资源的数量分别为10、5、7 ，在T0时刻的资源分配情况如图 3-15 所示。
1. 可抢占资源 2. 不可抢占资源
临时性资源：只可使用一次的资源；如信 号量,
1. 中断信号，同步信号等（可消耗性资源） 2. “申请--分配--使用--释放”模式
死锁的四个条件
1.
•
互斥条件
每个资源要么已经分配给了一个进程，要么就是可用 的
2.
•
占有和等待条件
已经得到了某个资源的进程可以再请求新的资源
• 所有进程在开始执行前请求所需的全部资源
– 一个进程不会因其他资源而等待
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ问题
– 很多进程直到运行时才知道它需要多少资源 – 资源利用率不是最优的
• 变种:
3.
•
不可抢占条件
已经分配给一个进程的资源不能强制性地被抢占，它 只能被占有它的进程显式地释放
4.
环路等待条件
• • 一定有由两个或两个以上的进程组成的一条环路 该环路中的每个进程都在等待着下一个进程所占有的 15 资源
死锁建模(2)
• 有向图建模（资源分配图）
– 资源 R 分配给进程A – 进程B 请求或等待资源S – 进程 C和D为得到资源T 和U处于死锁
每种类型多个资源的死锁检测(3)
死锁检测算法的例子
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从死锁中恢复(1)
• 利用抢占恢复
– 将某一资源从一个进程强行取走给另一个进 程使用 – 取决于该资源本身的特性。
• 利用回滚恢复
– 周期性对进程进程进行检查点检查 – 使用检查点保存资源状态 – 如果发现死锁回滚进程
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从死锁中恢复(2)
T0时刻的安全性：
(2) P1请求资源：P1发出请求向量Request1(1，0，2)， 系统按银行家算法进行检查： ① Request1(1, 0, 2)≤Need1(1, 2, 2) ② Request1(1, 0, 2)≤Available1(3, 3, 2) ③ 系统先假定可为P1分配资源，并修改Available, Allocation1和Need1向量，由此形成的资源变化情况如图 3-16 中的圆括号所示。
• 通过杀死进程恢复
– 最直接也是最简单的解决死锁的方法 – 杀掉环中的一个进程 – 环外的进程释放其资源 – 杀死可以从头开始重新运行而且不会带来副作用 的进程
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资源轨迹图
替代方案
3.5.2 产生死锁的必要条件
互斥：竞争的资源一次只能被一个进程使用。 请求和保持条件；当一个进程已经占有了一些资源，同时又要申请 新的资源，若新资源申请失败，进程将占有资源且阻塞等待。 不剥夺条件（不可强占）:一个资源仅能被占有它的进程所释放,而 不能被别的进程强行强占 环路等待条件:若干个进程构成环行请求链,其中每个进程均占有若 干种资源中的某一种,同时每个进程还要求(链上)下一进程所占有的 资源. 以上前三个条件是死锁存在的必要条件，但不是充分条件。第四个 条件是前三个条件同时存在时产生的结果。所以这些条件不是完全 独立的
停止直到B 可以通车
资源
• 一些独占性资源
– 打印机 – 磁带 – 系统内部表中的表项
• 进程需要一个合理的顺序去访问资源 • 假设一个进程拥有资源 A 并请求资源 B
– 同时另一个进程拥有B 并请求A – 两个进程都被阻塞,并且一直处于这样的状态
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资源 (1)
• 死锁有可能出现,当…
– 进程对设备、文件等取得了排他性访问权时 – 我们把这类需要排他性使用的对象称为资源 resources
死锁避免 资源轨迹图
两个进程的资源轨迹图
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确定是否安全状态
在P2完成之后
P2完成
P1完成
安全状态
不安全状态
假设这时P1 申请一个R1 和一个R3， 状态还是安 全吗？是否 拒绝P1?
安全状态和不安全状态(1)
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
说明（a）中的状态为安全状态
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安全状态和不安全状态(2)
• 可抢占资源
– 可以从拥有它的进程中抢占而不会产生任何副作 用
• 不可抢占资源
– 指在不引相关的计算失败的情况下，无法把它从 占有它的进程处抢占过来 5
进程推进顺序不当产生死锁
进程P 请求读卡机 请求打印机 释放读卡机 释放打印机
进程Q 请求打印机 请求读卡机 释放读卡机 释放打印机
PV操作使用不当产生死锁
② Request0(0, 2, 0)≤Available(2, 3, 0);
③ 系统暂时先假定可为P0分配资源，并修改有关数据 ，如图 3-18 所示。
3.7 死锁的检测
条件：允许死锁必要条件存在，也未采用避免死锁的 算法（提高资源利用率）——故死锁可能发生，需检 测！ 定义：实际地检查系统中是否存在死锁，并标出那些 进程和资源被牵扯在死锁中。 应用：允许前三个死锁的必要条件存在的系统中，检 查系统中是否存在循环等待条件。 方法：资源分配图
3.5.2 产生死锁的必要条件
静态分配策略（破坏占有和等待条件） 层次分配策略（阻止环路等待条件）： 一个进程得到某一层的一个资源后，它 只能再申请在较高一层的资源。
3.5.3 处理死锁的基本方法
1. 预防死锁(破坏4条件之一，缺点：低效)。 2. 避免死锁(属于事先预防，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) 。 3. 检测死锁( 不事先采取任何措施，也不必检查是 否进入不安全区，而是允许系统在运行的 过程中 发生死锁。但可以通过系统所设置的检测机构， 实时检测出死锁的发生，并精确的确定与死锁有 关的进程和资源；然后，采取适当措施从系统中 将已经发生的死锁清除掉) 。 4. 解除死锁(与检验死锁相配套的一套措施) 。
死锁定理：当且仅当系统某状态S所对 应的资源分配图是不可化简的，则S是 死锁状态。而不可被化简的进程即是被 死锁的进程。反之，若状态S所对应的 资源分配图是可化简的，则S是安全状 态。 资源分配图的化简结果与化简顺序无关 ，最终结果是相同的
每种类型多个资源的死锁检测(2)
死锁检测算法的数据结构
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3.5.3 处理死锁的基本方法
1.预防死锁的方法 在系统设计时确定资源分配算法，保证不发生 死锁。具体的做法是破坏产生死锁的四个必要条件之 一 1)资源一次性分配；(破坏请求和保持条件) 2)可剥夺资源；即当某进程新的资源未满足时， 释放已占有的资源(破坏不可剥夺条件) 3)资源有序分配法；做法：系统给每类资源赋予 一个编号，每一个进程按编号递增的顺序请求资源， 释放则相反(破坏环路等待条件)
④ 再利用安全性算法检查此时系统是否安全。
先看进程已拥有的资源数目以及还需要的资源数目， 看系统可提供的资源数目是否满足该进程还需要的资 源数目，若可以满足则将资源分配给该进程，该进程 用完后释放，释放后系统重新计算可提供的资源数目 ，再分配给下一个可以满足需求的进程。
(3) P4请求资源：P4发出请求向量Request4(3，3，0)， 系统按银行家算法进行检查： ① Request4(3, 3, 0)≤Need4(4, 3, 1); ② Request4(3, 3, 0) < Available(2, 3, 0)，让 P4 等 待 。 (4) P0 请 求 资 源 ： P0 发 出 请 求 向 量 Requst0(0，2，0)，系统按银行家算法进行检查： ① Request0(0, 2, 0)≤Need0(7, 4, 3);
• UNIX 和Windows 采用此算法 • 它是下面两者的折衷
– 方便性 – 正确性
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每种类型一个资源的死锁检测 (1)
• 注意资源的所属和请求关系 • 如果图中包含一个或一个以上的环，那么死锁就存在
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资源分配图化简
化简：一个进程的所有资源要求均能被满足，则该进 程得到其所需全部资源从而不断取得进展，直至完成 全部任务并释放出全部资源。 在有向图中找到既非阻塞又非孤立的结点，分配 它所需的全部资源后，当它继续执行并完成然后 释放其全部资源而使之成为孤立结点。 把孤立结点释放的资源分配给阻塞进程，使之能 继续运行，并且在有限时间后完成，再释放其全 部资源而成为新的鼓励结点。 经过一系列上述步骤，若能消去图中所有的边， 使所有进程都成为孤立结点，则图可完全化简。 否则为不可完全化简。