操作系统中的死锁检测

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死锁检测算法(操作系统)

死锁检测算法(操作系统)死锁检测算法(操作系统)1.引言在多进程/线程的操作系统中，死锁是一种非常常见的问题。

当多个进程或线程彼此持有对方需要的资源，并且又无法释放自己持有的资源时，就会发生死锁。

死锁会导致系统陷入无法继续执行的状态，严重影响系统的可用性和性能。

因此，设计有效的死锁检测算法是操作系统的重要任务之一。

2.死锁概述死锁是指系统中的若干进程或线程因为竞争有限资源而陷入无限等待的状态。

死锁通常具有以下四个必要条件：●互斥条件：每个资源同时只能被一个进程或线程持有；●占有并等待：进程或线程至少占有一个资源，并且正在等待获取其他进程或线程占有的资源；●不可抢占：资源只能由占有者自愿释放，不能被其他进程或线程抢占；●循环等待：存在一个进程或线程的等待链，使得环路形成。

3.死锁检测算法分类为了检测死锁，操作系统可以采用以下两种常见的死锁检测算法：3.1 鸽巢原理算法它的基本思想是假定系统中没有死锁，并通过不断监测系统的资源分配状态来验证这种假设。

当检测到系统的资源分配状态将导致无法满足至少一个进程或线程的资源申请时，就表明可能发生了死锁。

3.2 资源分配图算法资源分配图算法使用有向图来描述系统中的进程或线程和资源之间的关系。

该算法通过检测资源分配图中是否存在环路来判断是否发生死锁。

如果存在环路，则表示发生了死锁。

4.鸽巢原理算法详解鸽巢原理算法的实现步骤如下：1) 初始化：将系统中所有进程或线程标记为未访问状态。

2) 模拟资源分配过程：按照系统当前的资源分配状态，模拟进程或线程请求和释放资源的过程。

3) 检查系统状态：检查系统当前的资源分配状态是否能够满足所有进程或线程的资源需求。

如果不能，则有可能发生死锁。

4) 恢复系统状态：根据资源的请求和释放情况，恢复系统的资源分配状态。

5) 重复步骤2至步骤4，直到确认系统无死锁。

5.资源分配图算法详解资源分配图算法的实现步骤如下：1) 初始化：根据系统中的进程或线程和资源，构建初始的资源分配图，包括进程或线程节点和资源节点。

操作系统十大算法具体内容

操作系统十大算法具体内容操作系统是计算机系统的核心组成部分，主要负责管理计算机的硬件资源和提供各种系统服务。

操作系统算法是操作系统实现各种功能和服务的基础，包括进程调度、内存管理、文件系统等方面。

下面将介绍操作系统中的十大算法，以及它们在操作系统中的具体内容：1.进程调度算法进程调度算法决定了操作系统如何选择就绪队列中的进程分配处理机资源。

常见的进程调度算法包括先来先服务调度算法（FCFS）、最短作业优先调度算法（SJF）、轮转调度算法（RR）等。

这些算法基于进程的优先级、执行时间、资源需求等考虑，来决定选择哪个进程获得处理机资源。

2.内存管理算法内存管理算法决定了如何有效地分配和回收内存资源。

常见的内存管理算法包括固定分区算法、动态分区算法和虚拟内存管理算法等。

这些算法根据进程的内存需求和空闲内存空间的情况，来决定如何分配和回收内存资源。

3.页面置换算法页面置换算法是一种在虚拟内存管理中使用的算法，用于将进程的页面从磁盘中换入内存，并选择合适的页面进行置换。

常见的页面置换算法有最佳置换算法（OPT）、先进先出置换算法（FIFO）、最近最少使用置换算法（LRU）等。

这些算法根据页面的访问情况和页面的驻留时间来决定选择哪个页面进行置换。

4.文件管理算法文件管理算法决定了如何组织和管理文件系统中的文件。

常见的文件管理算法有顺序文件组织算法、索引文件组织算法、哈希文件组织算法等。

这些算法根据文件的访问特点和性能需求，来决定如何组织和管理文件数据。

5.磁盘调度算法磁盘调度算法决定了操作系统如何调度磁盘上的IO请求，以提高磁盘的访问效率。

常见的磁盘调度算法有先来先服务调度算法（FCFS）、最短寻半径优先调度算法（SSTF）、扫描调度算法（SCAN）等。

这些算法根据磁盘的寻道距离和IO请求的到达时间等因素，来决定选择哪个IO请求进行调度。

6.死锁检测和解决算法死锁是指多个进程因为互相等待而无法继续执行的情况。

操作系统（三）——信号量、死锁

操作系统（三）——信号量、死锁1、信号量信号量机制：概念：其实就是⼀个变量，可以⽤⼀个信号量来表⽰系统中某种资源的数量、⽤户进程通过使⽤操作系统提供的⼀对原语来对信号量进⾏操作，从⽽⽅便的实现了进程互斥。

这⾥的⼀对原语是指wait(S)和signal(S)，也简写为P(S)和V(S)，即申请和释放资源。

P、V操作必须成对出现。

整数型信号量：⽤⼀个整数作为信号量，数值表⽰某种资源数。

对信号量的操作只有三种：初始化、P操作、V操作。

不满⾜让权等待原则。

记录型信号量：S.value表⽰某种资源数，S.L指向等待该资源的队列。

P操作中，先S.value++，之后可能执⾏block阻塞原语。

V操作中，先S.value--，之后可能执⾏wakeup唤醒原语。

可以⽤记录型信号量实现系统资源的申请和释放，申请S.value--，然后如果S.value<0说明资源分配完了，就阻塞；释放S.value++，然后如果S.value<=0说明还有进程在等待队列中等待，就唤醒。

记录型信号量可以实现进程互斥、进程同步。

实现进程互斥：划定临界区。

设置互斥信号量mytex，初值为1。

在临界区之前执⾏P(mutex)，在临界区之后执⾏V(mutex)。

实现进程同步：分析那些地⽅是必须保证⼀前⼀后执⾏的两个操作。

设置同步信号量S，初始值为0。

在“前操作”之后执⾏V(S)。

在“后操作”之前执⾏P(S)。

实现前驱关系：每⼀对前驱关系都是⼀个进程同步问题。

为每⼀对前驱关系设置⼀个同步变量，初始值为0。

在“前操作”之后执⾏V操作。

在“后操作”之前执⾏P操作。

⽣产者消费者问题：⽣产者每次⽣产⼀个产品放⼊缓冲区，消费者每次从缓冲区取出⼀个产品使⽤。

缓冲区满⽣产者必须等待（同步关系1），缓冲区空消费者必须等待（同步关系2）。

缓冲区是临界资源，必须被互斥访问（互斥关系）。

问题中的P、V操作：⽣产者每次P⼀个缓冲区，V⼀个产品。

消费者每次V⼀个缓冲区，P⼀个产品。

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。

数据库中死锁的检测与解决方法

数据库中死锁的检测与解决方法死锁是数据库中常见的并发控制问题，指的是两个或多个事务在互相等待对方释放资源或锁的状态，导致所有事务无法继续执行的情况。

数据库中的死锁会导致资源浪费、系统性能下降甚至系统崩溃。

因此，死锁的检测与解决方法是数据库管理中非常重要的一环。

1. 死锁的检测方法死锁的检测旨在及时发现死锁并采取措施进行解决。

以下是几种常见的死锁检测方法。

1.1 死锁检测图算法死锁检测图算法是通过构建资源分配图以及等待图来检测死锁。

资源分配图以资源为节点，以事务与资源之间的分配关系为边；等待图以事务为节点，以事务之间等待请求关系为边。

如果存在一个循环等待的环，那么就可以判断系统中存在死锁。

可以采用深度优先搜索或广度优先搜索的算法遍历图，查找是否存在环。

1.2 超时监控方法超时监控方法是通过设定一个时间阈值，在事务等待资源的过程中进行计时。

如果某个事务等待资源的时间超过阈值，系统将判断该事务可能存在死锁，并采取相应的措施解锁资源。

1.3 等待图算法等待图算法是通过分析等待图来检测死锁。

等待图的构建是以事务为节点，以资源之间的竞争关系为边。

如果图中存在一个有向环，那么就可以判断系统中存在死锁。

2. 死锁的解决方法一旦死锁被检测到，必须采取措施加以解决。

以下是几种常见的死锁解决方法。

2.1 死锁剥夺死锁剥夺是通过终止一个或多个死锁事务来解决死锁。

首先需要选择一个死锁事务，然后终止该死锁事务并释放其所占用的资源。

这种方法会造成一些事务的回滚，需要谨慎操作。

2.2 死锁预防死锁预防是通过对资源的分配与释放进行约束，从而避免死锁的发生。

例如，可以采用事务串行化，即每次只允许一个事务执行；或者采用事务超时，即设定一个时间阈值，如果事务等待时间超过阈值，则自动结束事务。

2.3 死锁检测与恢复死锁检测与恢复是在发生死锁后，通过死锁检测算法找到死锁并进行恢复。

方法可以是终止一个或多个死锁事务，也可以是通过资源抢占来解除死锁。

操作系统十大算法之死锁检测算法

cout<<"存在死锁"<<endl;
cout<<"进程循环等待队列:";
p=flag; //存在进程循环等待队列的那一进程
//进程循环等待队列中的所有进程是table表中的这一行是1的进程,只是顺序要再确定
t=1;
while(t){
cout<<p<<" ";
for(j=0;j<max_process+1;j++){
}
return 1;
}
//检测
void check()
{
int table[MAXQUEUE][MAXQUEUE];
int table1[MAXQUEUE][MAXQUEUE];
int i,j,k;
int flag,t,p;
int max_process;
}
else{
while(!feof(fp)){
fscanf(fp,"%d %d",&occupy[occupy_quantity].resource,&occupy[occupy_quantity].process);
occupy_quantity++;
}
}
cout<<"请输入进程等待表文件的文件名:"<<endl;
if(occupy[i].process>max_process){
max_process=occupy[i].process;
}
}
for(i=0;i<wait_quantity;i++){

判断死锁的公式

在计算机科学中，判断死锁的公式可以使用图论中的资源分配图模型或资源分配矩阵进行分析。

以下是一种常见的判断死锁的公式：
资源分配图模型：
1. 绘制资源分配图，其中节点表示进程（P）和资源（R）。

2. 连接进程和它所请求或占用的资源之间的边。

箭头指向资源从进程到资源的请求，箭头指向进程从资源到进程的占用。

3. 检查是否存在一个或多个进程形成了一个环路，并且每个进程都在等待它所请求的资源已被其他进程占用。

资源分配矩阵：
1. 构建资源分配矩阵，其中行表示进程，列表示资源。

每个元素表示资源Rj被进程Pi占用的数量。

2. 构建需求矩阵，其中行表示进程，列表示资源。

每个元素表示进程Pi对资源Rj的需求量。

3. 使用银行家算法或其他类似的算法分析矩阵，检查是否存在一个或多个进程无法满足其资源需求，从而导致无法进行进一步的执行。

通过以上公式，可以分析资源的分配和请求情况，进而判断是否存在死锁。

如果发现任何环路或无法满足进程资源需求的情况，那么就可以判断存在死锁。

判断死锁的公式(一)

判断死锁的公式(一)判断死锁的公式在计算机科学领域，死锁是指多个进程或线程因争夺系统资源而产生的一种阻塞现象，导致系统无法前进。

为了判断是否发生死锁，提出了一些公式和算法。

下面列举了几个常用的判断死锁的公式：1. 死锁必要条件死锁的发生需要满足以下四个条件： - 互斥条件：每个资源只能同时被一个进程或线程占用。

- 占有和等待条件：已经获得资源的进程可以等待其他资源，同时阻塞其他进程对已获得资源的访问。

- 不可抢占条件：已分配给进程的资源不能被强制性地抢占，只能由占有资源的进程释放。

- 循环等待条件：存在一个进程资源的循环等待链，每个进程都在等待下一个进程所占有的资源。

如果以上四个条件同时满足，就有可能发生死锁。

2. 死锁检测算法死锁检测算法可以根据系统资源的状态来判断是否发生死锁。

其中最著名的算法是银行家算法（Banker’s algorithm），其公式如下：Available: 各资源的可用数量Max: 各进程对各资源的最大需求Allocation: 各进程已分配到的资源数量Need = Max - Allocation: 各进程尚需的资源数量Work = AvailableFinish[i] = false，对所有进程i初始化为falsewhile (存在一个未标记完成的进程P){if (Need[P] <= Work){Work += Allocation[P]Finish[P] = true}P = 下一个未标记完成的进程}该算法通过判断系统是否存在一个安全序列来确定是否发生死锁。

3. 死锁预防公式死锁预防是在系统设计阶段采取措施，避免死锁的发生。

其中一个常用的公式是银行家公式（Banker’s formula），用于计算进程对资源的最大需求量。

公式如下：Need[i, j] = Max[i, j] - Allocation[i, j]其中，Need[i, j]表示进程i对资源j的最大需求量，Max[i, j]表示进程i对资源j的最大需求量，Allocation[i, j]表示进程i已分配到的资源j的数量。

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死锁的检测【４】．关于ｊａｖａ多线程程序中的死锁检测，无论是静态
方法【５＇６】还是动态方法［７，８１，过去都已经做过大量研究．
而且目前已经有比较成熟的工具可以直接检查ｉａｖａ程
序中的死锁，如ｉｓｔａｃｋ、ｌｏｃｋｓｔａｔ等．由于操作系统代码
ｌ引言
为了充分发挥ｃｐｕ多核的性能，并发程序设计已经十分广泛，但是开发并发程序面临很多挑战，死锁就是其中的一个．在设备驱动错误中有１９％的错误是
由于并发导致的【ｌＪ，在这些并发错误中７２％（６７／９３）￣
￣
图２描述了本文采用的获得锁持有者算法：（１）当进程加锁的时候，将ｉａ，ｌｏｃｋｔｙｐｅ，ｒｅｓｏｕｒｃｅ
＿ —
图１描述了本文采用的死锁检测算法：（１）每隔一定时间（ｓｅａｒｃｈｃｙｃｌｅ指定）检查锁持有
计算机系统应用
部分介绍如何获得锁的等待者．第５部分根据第３、４部分的结果判断是否形成循环等待图．第６部分是实验结果．第７部分将对论文进行总结．
任何源程序和库函数．ｓｙｓｔｅｍｔａｐ既可以在函数的入口处进行探测，也可以在函数的出口处进行探测．若在加锁函数退出的地方进行探测，那么就可以获得锁的持有者信息，因为只有成功获得锁，进程（本论文对线程与进程不区分对待）才能从加锁函数中退出，否则便处于等待状态．为了唯一标识进程加锁和解锁操作，使用由进程号（ｐ、锁类型（１ｏｃｋｔｙｐｅ）、资源地址（ｒｅｓｏｕｒｃｅａｄｄｒ）组
ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｈａｓｏｎｌｙ１％ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｏｔｈｅｐｅｒｆｏｍａｒｎｃｅ．ａｎｄｄｏｅｓｎｏｔｎｅｅｄｔｏｍｏｄｉｆｙＬｉｎｕｘｋｅｒｎｅｌａｎｄｄｅｔｅｃｔｅｄ
摘
要：本文提供了一种检测操作系统中死锁的方法．该方法包含三个步骤：（１）通过检测进程加锁与解锁是否匹
配来获得锁的持有者；（２）从异常进程中筛选出锁的等待者；（３）通过检查锁的持有者与等待者是否会形成循环等待图来判定死锁．通过实验发现，该方法对系统性能的影响小于ｌ％，而且不需要修改内核源码和源程序．关键词：操作系统；死锁检测；并发程序；异常进程
在应用到ＪＤＫ时发现了１００，０００多个死锁，实际只有
７０个．动态检测是在程序运行时，检查可能发生的死锁，但是动态监测性能开销大，不适用于内核、驱动中
① 基金项目：国家自然科学基金（６ｌ２７２１３ｌ，６１２０２０５３）；￣Ｅ苏省自然科学￣
ｐｒｏｇｒａｍｓｏｕｒｃｅｃｏｄｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｐｅｒｍｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｄｅａｄｌｏｃｋｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔｐｒｏｒａｇｍｓ；ａｂｎｏｒｍａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓ
—
—
５ｗｈｉｌｅ（１）｛
ｓｌｅｅｐ（ｓｅａｒｃｈｃｙｃｌｅ）
收稿时间：２０１３－０３．３１；收到修改稿时间：２０１３０４－－２８
１４专论・综述ＳｐｅｃｉａｌＩｓｓｕｅ
２０１３年第２２卷第１０期
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃ－Ｓ－ａ．ｏｒｇ．ｃａ
（ＳＢＫ２０１２４０１９８）
死锁检测的方法分为静态和动态两种．静态检测通过工具来分析待检测程序的源代码来找出可能要发生死锁的程序位置，这种方法不适用于检测代码量大的程序，而且很不准确．文献【３１提供的静态检测方法
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｍｅｔｈｏｄｔｏｄｅｔｅｃｔｏｐｅｒｍｉｎｇｓｙｓｔｅｍｄｅａｄｌｏｃｋ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｈｒｅｅｓｔａｇｅｓ：（１）ｉｆｎｄｉｎｇｔｈｅｌｏｃｋ－ｈｏｌｄｅｒｓｂｙｄｅｔｅｃｔｉｎｇｗｈｅｔｈｅｒｈｅｔｌｏｃｋｓａｎｄｕｎｌｏｃｋｓａｒｅｐａｉｒｅｄ．（２）ｉｆｎｄｉｎｇｈｅｔｌｏｃｋ — ｗａｉｔｅｒｓｂｙｉｆｌｔｅｒｉｎｇ
ｔｈｅａｂｎｏｒｍａｌｐｒｏｃｅｓｓ．（３）ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｗｉｌｌｏｃｃｕｒｄｅａｄｌｏｃｋｗａｒｎｉｎｇｉｆｔｈｅｒｅｉｓａｃｙｃｌｅｉｎｔｈｅｗａｉｔｓ — ｆｏｒｇｒａｐｈ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ
＿
ａｄｄｒ＞插入死锁检测程序维护的链表ＨＯＬＤＥＲＬＩＳＴ中．（２）当进程解锁时，将ｉｄ，ｌｏｃｋｔｙｐｅ，ｒｅｓｏｕｒｃｅ
＿
—
者链表ＨＯＬＤＥＲＬＩＳＴ是否为空．（２）若不为空则检查这些锁的持有者是不是锁的
１ｗｈｉｌｅ（１）｛
（３）当死锁检查周期ｓｅａｒｃｈ
时间到的时候，
便可以从ＨＯＬＤＥＲＬＩＳＴ中获得锁的持有者．
１ｗｈｅｎｔｈｒｅａｄｌｏｃｋ
２
２
３４５
ｓｌｅｅｐ（ｓｅａｒｃｈ — ｃｙｃｌｅ）
等待者．
ａｄｄｒ＞从ＨＯＬＤＥＲＬＩＳＴ链表中删除．那么ＨＯＬＤＥＲＬＩＳＴ链表中保存的便是那些只有成功加锁而没有解
锁的进程．
（３）若检查结果为ｔｕｒｅ，则检查这些锁的持有者与等待者之间是否会形成一个循环等待图．（４）如果存在循环等待图则说明发生了死锁．
＿＿
２死锁检测算法
当进程发生死锁时，进程既是锁的持有者，也是
锁的等待者，而且进程间会形成一个循环等待图出锁
的等待者，然后进一步判断它们之间是否形成一个循
环等待图．
成的三元组磁ｆ０ｃｋｔｙｐｅ，ｒｅｓｏｕｒｃｅａｄｄｒ＞．
计算机系统应用
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃ－Ｓ－ａ．ｏｒｇ．ｃｎ
２０１３年第２２卷第１Ｏ期
操作系统中的死锁检测①
张海鹏。，李曦ｌ，
（中国科学技术大学计算机科学与技术学院，合肥２３００２７）（中国科学技术大学苏州研究院，苏州２１５１２３）
ｉｎｓｅｒｔ＜ｐｉｄ，ｌｃｋｔｏｙｐｅ，ｒｅｓｏｕｒｃｅ
—
—
ａｄｄｒ＞ｔｏｔｔＯＬＤＥＲ＿ＬＩＳＴ
～
３ｗｈｅｎｔｈｒｅａｄｕｎｌｃｋｏ
４６
７８
ｅｌｄｅｔｅ＜ｐｉｄ，ｌｃｋｔｏｙｐｅ，ｒｅｓｏｕｒｃｅａｄｄｒ＞ｆｒｏｍＨＯＬＤＥＲＬＩＳＴ
死锁有关，文献【２】通过对４大开源软件：ＭｙＳＱＬ、Ａｐａｃｈｅ、Ｍｏｚｉｌｌａ和ＯｐｅｎＯｆｉｃｅ中的并发错误进行分析，
发现３０％（３１／１０５）的错误是由死锁造成的．
量大、对性能敏感，过去关于操作系统死锁方面的研
究比较少．死锁检测工具ｐｌｕｓｅｔ９】是在操作系统层实现
的，但是该工具只能检测应用程序中的死锁，并不能检测操作系统本身的死锁．本论文将使用一种动态检测死锁的方法，可以准确检测出操作系统中的死锁．本论文提供的方法对操纵系统性能的影响小于ｌ％，而且不需要修改内核源码和任何的应用程序．本论文安排如下：第２部分介绍本文采用的死锁检测的算法．第３部分介绍如何获得锁的持有者．第４
ｉｆＨＯＬＤＥＲＬｌＳＴｎｏｔＮＵＬＬｓｅａｒｃｈｔｈｅｌｃｋｏｈｏｌｄｅｒｓｆｒｏｒｎＨＯＬＤＥＲＬＩＳＴｉｆｌｃｋｏｈｏｌｄｅｒｓａｒｅＩｃｋｏｗａｉｔｅｒｓ