第八章进程死锁
死锁的原因及解决方法
死锁的原因及解决方法死锁是指在并发系统中，两个或多个进程无限地等待对方释放已占用资源的状态。
死锁是多进程协作的一种异常情况，普遍存在于操作系统中。
理解死锁的原因以及采取适当的解决方法是确保计算机系统稳定运行的重要一环。
本文将探讨死锁的原因以及解决方法。
一、死锁的原因1. 互斥条件死锁发生的首要原因是资源的互斥使用。
即某一资源在同一时间只能被一个进程使用，如果有其他进程请求该资源，则必须等待，直至该资源被释放。
当出现多个进程同时占用多个资源，并且它们之间互相等待对方所占用的资源时，就可能产生死锁。
2. 请求与保持条件当一个进程请求资源而该资源又被其他进程占用时，请求进程必须等待，但同时保持已获得的资源不被释放。
如果多个进程都在等待其他进程占用的资源同时保持自己占用的资源，则可能形成循环等待，导致死锁的发生。
3. 不可剥夺条件资源分配后不能被剥夺的特性也会导致死锁。
即已分配的资源只能由拥有它的进程主动释放，其他进程无法将其剥夺。
当一个进程占用资源并等待获取其他资源时，如果其他进程无法剥夺已占用的资源，那么这种情况会导致死锁。
4. 循环等待条件当存在一组进程互相等待对方所占用的资源时，就会产生循环等待的条件。
这个循环等待的环路可以是单个资源的循环，也可以是多个资源之间的循环，但无论是哪种情况，只要出现循环等待，就会发生死锁。
二、死锁的解决方法1. 预防死锁预防死锁是通过破坏死锁发生的四个必要条件来防止死锁的产生。
其中最直接有效的方法是破坏循环等待条件，可以通过引入资源有序分配来达到目的。
也可以通过破坏请求与保持条件，即请求资源时一次性申请所需要的全部资源，而不是一次请求一个资源，以消除死锁发生的可能性。
2. 避免死锁避免死锁是在程序执行时进行资源分配，通过安全序列的原理来避免系统进入不安全状态。
所谓安全序列，即在系统中存在一个进程执行顺序，使得每个进程能够按照顺序执行并顺利完成。
通过安全序列的判断，可以避免死锁的发生。
死锁的基本概念汇总
死锁预防
破坏“循环等待”条件 采用资源有序分配法： 把系统中所有资源编号，进程在申请资 源时必须严格按资源编号的递增次序进 行，否则操作系统不予分配 （哲学家就餐问题）
破坏“循环等待”条件
例如：1，2，3，…，10 P1： 申请1 申请3 申请9 … P2： 申请1 申请2 申请5 … P3 …… P10
安全状态与不安全状态
安全状态： 如果存在一个由系统中所有进程构成的 安全序列P1，…Pn，则系统处于安全状 态
死锁避免
安全序列： 一个进程序列{P1，…，Pn}是安全的， 如果对于每一个进程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，系统处于安全状态 (安全状态一定是没有死锁发生的)
(3）假设系统分配了资源，则有： Available:=Available-Request[i]; Allocation[i]:= Allocation[i]+Request[i]; Need[i]:=Need[i]-Request[i] 若系统新状态是安全的，则分配完成 若系统新状态是不安全的，则恢复原状态， 进程等待
关于死锁的一些结论
参与死锁的进程最少是两个 （两个以上进程才会出现死锁） 参与死锁的进程至少有两个已经占有资源 参与死锁的所有进程都在等待资源 参与死锁的进程是当前系统中所有进程的子集
注：如果死锁发生，会浪费大量系统资源， 甚至导致系统崩溃
2. 资源
永久性资源：可以被多个进程多次使用 （可再用资源） * 可抢占资源 不可抢占资源 临时性资源：只可使用一次的资源；如信 号量,中断信号，同步信号等（可消耗性 资源） “申请--分配--使用--释放”模式
操作系统中的死锁问题及解决方法讨论
操作系统中的死锁问题及解决方法讨论在计算机科学中，死锁是指两个或多个进程互相等待对方释放资源，从而导致它们都无法继续执行的情况。
死锁是多道程序系统中常见的问题，如果不及时解决，会导致系统资源占用不当，影响系统的稳定性和性能。
死锁通常发生在进程之间相互竞争有限的资源时，例如内存、文件、网络连接等。
当一个进程持有一些资源并等待另一个进程持有的资源时，就可能发生死锁。
为了避免死锁问题，操作系统设计者提出了多种解决方法：1. 预防死锁：通过合理地设计系统资源分配算法，尽量避免进程发生死锁。
例如，可以使用银行家算法来保证资源请求序列是安全的，从而避免死锁的发生。
2. 避免死锁：在资源分配之前，系统可以根据当前的资源状态来判断是否分配资源会导致死锁，如果是，则不分配资源。
常用的避免死锁算法有资源分配图算法和银行家算法。
3. 检测死锁：系统可以周期性地检测系统中是否存在死锁情况，一旦检测到死锁，就采取相应的措施进行恢复。
常用的检测死锁算法有图论算法、银行家算法等。
4. 解除死锁：一旦系统检测到死锁的存在，就需要解除死锁。
解除死锁的常用方法包括资源剥夺和进程终止。
资源剥夺是指系统剥夺一些进程的资源，以解除死锁；进程终止是指系统终止一些进程，以释放资源。
死锁问题是操作系统中一个重要且常见的问题，在设计和使用操作系统时，需要重视死锁问题并采取相应的预防和解决措施。
合理地设计系统资源分配策略、优化进程调度算法、定期检测死锁情况等都可以帮助系统避免死锁，提高系统的可靠性和稳定性。
操作系统的死锁问题及解决方法一直是计算机科学领域的研究热点，希望未来能够提出更加有效的死锁预防和解决方案，为操作系统的稳定性和性能提供更好的保障。
计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)
计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)第四版计算机操作系统课后答案第一章1. 操作系统的定义操作系统是一种软件，它管理着计算机系统的硬件和软件资源，并为用户和应用程序提供接口，以方便他们的使用。
2. 操作系统的功能操作系统具有以下功能：- 进程管理：负责创建、执行和终止进程，并管理它们的资源分配。
- 存储管理：管理计算机系统的内存资源，包括内存分配、虚拟内存和页面置换等。
- 文件系统管理：管理计算机系统中的文件和文件夹，包括文件的存储、读写和保护等。
- 设备管理：负责管理计算机系统中的各种设备，如打印机、键盘和鼠标等。
- 用户接口：提供用户与计算机系统进行交互的接口，如命令行界面和图形用户界面。
3. 操作系统的类型操作系统可以分为以下类型：- 批处理操作系统：按照一系列预先定义的指令集来运行任务。
- 分时操作系统：多个用户可以同时使用计算机系统。
- 实时操作系统：对任务的响应时间要求非常高，用于控制系统和嵌入式系统。
- 网络操作系统：支持多台计算机之间的通信和资源共享。
- 分布式操作系统：在多台计算机上分布式地管理和调度任务。
第二章1. 进程与线程的区别进程是计算机系统中正在运行的程序实例，而线程是进程内的一个执行单元。
进程拥有独立的地址空间和资源，而线程共享进程的地址空间和资源。
多个线程可以在同一进程内并发执行，从而提高系统的效率和资源利用率。
2. 进程的状态转换进程可以处于以下状态：- 创建状态：进程正在被创建。
- 就绪状态：进程准备好执行，等待分配CPU资源。
- 运行状态：进程占用CPU资源执行。
- 阻塞状态：进程等待某种事件发生。
- 终止状态：进程完成执行或被终止。
3. 进程调度算法操作系统使用进程调度算法来决定哪个进程应该被执行。
常见的调度算法有：- 先来先服务（FCFS）调度算法：按照进程到达的顺序进行调度。
- 最短作业优先（SJF）调度算法：选择运行时间最短的进程进行调度。
死锁
3.产生死锁的根本原因 竞争资源 进程间推进顺序非法
3.5 死锁的产生 产生死锁的必要条件： 互斥条件 请求和保持条件 不剥夺条件 环路等待条件
①互斥条件 资源独占 ②不剥夺条件 不能强行抢夺对方资源 ③请求和保持条件 资源分配并非一次到位 ④环路等待条件 构成环路
(4) 如果所有进程的Finish［i］=true 都满足， 则表示系统处于安全状态； 否则，系统处于不安全状态。
举例
T0时刻的资源分配情况
假定系统中有四个进程P1, P2, P3, P4和三类资源R1, R2, R3，各种资 源的数量分别为9、3、6
资源 情况 进程
Max R1 R2 R3 3 6 3 4 2 1 1 2 2 2 3 4
(4) 系统执行安全性算法，检查此次资源分配 后，系统是否处于安全状态。若安全，才正式 将资源分配给进程Pi，完成本次分配；否则， 试探分配失败，让进程Pi阻塞等待。
3）安全性算法 （1）设置两个工作向量 ①设置一个数组Finish［n］。 当Finish［i］∶=true （0≤i≤n，n为系统中的进程数）时，表示进程 Pi可获得其所需的全部资源，而顺利执行完成。 ②设置一个临时向量Work，表示系统可提供给进程 继续运行的资源的集合。安全性算法刚开始执行 时 Work∶=Available
(3) 系统试探着把资源分配给进程Pi，并修改下 面数据结构中的数值：
Available［j］∶=Available［j］-Requesti［j］; Allocation［i,j］∶=Allocation［i,j］+Requesti［j］; Need［i,j］∶=Need［i,j］-Requesti［j］;
全国计算机等级考试四级网络工程师操作系统原理部分
操作系统原理第一章操作系统概论1.1操作系统的概念操作系统的特征：并发性，共享性，随机性。
研究操作系统的观点：软件的观点，资源管理的观点，进程的观点，虚拟机的观点，服务提供者的观点。
操作系统的功能：1.进程管理：进程控制，进程同步，进程间通信，调度。
2.存储管理：内存分配与回收，存储保护，内存扩充。
3.文件管理：文件存储空间管理，目录管理，文件系统安全性。
4.设备管理5.用户接口UNIX是一个良好的、通用的、多用户、多任务、分时操作系统。
1969年AT&T公司Kenneth L.Thompson 用汇编语言编写了Unix第一个版本V1，之后Unix用C语言编写，因此事可移植的。
1.3操作系统分类1.批处理操作系统：优点是作业流程自动化较高，资源利用率较高，作业吞吐量大，从而提高了整个系统的效率。
缺点是用户不能直接与计算机交互，不适合调试程序。
2.分时系统：特点是多路性，交互性，独占性，及时性。
3.实时操作系统4.嵌入式操作系统5.个人计算机操作系统6.网络操作系统7.分布式操作系统8.智能卡操作系统1.4操作系统结构1.整体式结构2.层次结构3.微内核（客户机/服务器）结构：①可靠，②灵活（便于操作系统增加新的服务功能），③适宜分布式处理的计算机环境第二章操作系统运行机制2.1中央处理器寄存器：用户可见寄存器：数据寄存器（通用寄存器），地址寄存器，条件码寄存器。
控制和状态寄存器：程序计数器，指令寄存器，程序状态字。
目态到管态的转换唯一途径是通过终端和异常。
管态到目态的转换可以通过设置PSW指令（修改程序状态字）实现。
PSW包括：①CPU的工作状态代码②条件码③中断屏蔽码2.2存储体系存储器设计：容量，速度，成本存储保护：①界地址寄存器（界限寄存器）：产生程序中断-越界中断或存储保护中断②存储键2.3中断与异常机制分类：中断：时钟中断，输入输出（I/O）中断，控制台中断，硬件故障中断异常：程序性中断，访管指令异常2.4系统调用系统调用程序被看成是一个低级的过程，只能由汇编语言直接访问。
死锁产生条件以及预防和处理算法
死锁产⽣条件以及预防和处理算法 ⼀、死锁的概念 在多道程序系统中，虽可借助于多个进程的并发执⾏，来改善系统的资源利⽤率，提⾼系统的吞吐量，但可能发⽣⼀种危险━━死锁。
所谓死锁(Deadlock),是指多个进程在运⾏中因争夺资源⽽造成的⼀种僵局(Deadly_Embrace),当进程处于这种僵持状态时，若⽆外⼒作⽤，它们都将⽆法再向前推进。
⼀组进程中，每个进程都⽆限等待被该组进程中另⼀进程所占有的资源，因⽽永远⽆法得到的资源，这种现象称为进程死锁，这⼀组进程就称为死锁进程。
⼆、死锁产⽣的原因 产⽣死锁的原因主要是： （1）因为系统资源不⾜。
（2）进程运⾏推进的顺序不合适。
（3）资源分配不当等。
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。
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）请求与保持条件：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）⾮抢占:进程已获得的资源，在末使⽤完之前，不能强⾏抢占。
（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。
三、死锁处理⽅法： （1）可使⽤协议以预防或者避免死锁，确保系统不会进⼊死锁状态； （2）可允许系统进⼊死锁状态，然后检测他，并加以恢复； （3）可忽视这个问题，认为死锁不可能发⽣在系统内部。
四、死锁预防 1、互斥：对于⾮共享资源，必须要有互斥条件； 2、占有并等待： 为了确保占有并等待条件不会出现在系统中，必须保证：当⼀个进程申请⼀个资源时，它不能占有其他资源。
⼀种可以使⽤的协议是每个进程在执⾏前申请并获得所有资源，可以实现通过要求申请资源的系统调⽤在所有的其他系统调⽤之前执⾏。
3、⾮抢占： 为了确保第三个条件不成⽴，可以使⽤如下协议：如果⼀个进程占有资源并申请另⼀个不能⽴即分配的资源，那么其现已分配资源都可被抢占； 4、循环等待： 为了确保循环等待条件不成⽴，⼀种可⾏的算法是：对所有资源进程排序，且要求每个进程按照递增顺序来申请进程。
第八章 Deadlocks(死锁)
Applied Operating System Concepts
8.11
Silberschatz ,Galvin, and Gagne1999
Methods for Handling Deadlocks 处理死锁的方法
• • •
Ensure that the system will never enter a deadlock state. （确保系统永远不会进入死锁状态） Allow the system to enter a deadlock state and then recover.
•
No preemption: a resource can be released only voluntarily by the process holding it, after that process has completed its task. （不可抢占：一个资源只有当持有它的进程完成任务后，自由的释放） Circular wait: there exists a set {P0, P1, …, P0} of waiting processes such that P0 is waiting for a resource that is held by P1, P1 is waiting for a resource that is held by P2, …, Pn–1 is waiting for a resource that is held by Pn, and P0 is waiting for a resource that is held by P0.（循环等待：等待资源的进程之间存在环）
•
• •
If a deadlock occurs, it can be resolved if one car backs up (preempt resources and rollback).
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进程 A B C P1 0 0 2 P2 0 0 0 P3 0 7 5
（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。
第八章进程死锁
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
第八章进程死锁
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
第八章进程死锁
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
（2）如果找到这样的进程，则将F=F+Pi
第八章进程死锁
资源分配图
r1
•
r2
•
P1
r3
••
P2
P3
r4 • • •
第八章进程死锁
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。
第八章进程死锁
例题
假定某系统当时的资源分配图如下所示：
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
第八章进程死锁
按序分配的例—哲学家问题
P4： L： P（F4）
第八章进程死锁
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
第八章进程死锁
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:
第八章进程死锁
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？
第八章进程死锁
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。
第八章进程死锁
按序分配的例—哲学家问题
第八章进程死锁
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 ➢ 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
如何判断系统是否安全？
第八章进程死锁
“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
第八章进程死锁
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 ➢ 当用户得到所需全部资金后，一定能在 有限的时间内归还
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？
第八章进程死锁
问题1:步骤一：计算Ｆ和Ｒ
P（F5） 吃面 V（F4） V（F5） GOTO L
P5： L： P（F1）
P（F5） 吃面 V（F1） V（F5） GOTO L
第八章进程死锁
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。
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
第八章进程死锁
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
第八章进程死锁
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。
（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。
第八章进程死锁
例题
➢ 教材P240 例1
第八三个进程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：
第八章进程死锁
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。
第八章进程死锁
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。