习题—死锁

习题课——关于 死锁与饥饿
死锁与饥饿
死锁: indefinite wait.
可察觉
多道环境中， 多道环境中，并发改善系 统的资源的利用率。 统的资源的利用率。 但可能存在一种危险 ＿＿死锁 死锁。 ＿＿死锁。
饥饿: not necessarily in wait state.
?
死锁和饥饿都是由于进程竞争资源而引起 的.
死锁定义
一组进程中的每一个进程，均无限期地等待此组进程中某 个其他进程占有的，因而永远无法得到的资源，这种现象 称为进程死锁。 资源竞争可能 可能导致死锁，但不一定 不一定就会死锁，死锁的出现 可能 不一定 主要取决于进程推进速度以及对资源的申请顺序。 因此产生死锁的因素不仅与系统拥有的资源数量 资源数量有关，而 资源数量 且与资源的分配策略 分配策略（剥夺式还是非剥夺式）、进程对资 分配策略 源的使用顺序 使用顺序以及并发进程推进的速度 推进的速度有关。 使用顺序 推进的速度
ForksControl : monitor 2.利用管程解决 2.利用管程解决 type T = array [0, ……,4 ] of integer; B = array [0, ……,4 ] of boolean; var forks, Right , left : T; ready : B; putdown(0) pickup(0) pickup(4) procedure entry Pickup ( var me : integer ); begin 0 1 2 3 4 ).wait; if fork ( me ) <> 2 then ready ( me ).wait; forks ( right ( me )) := forks ( right ( me )) - 1; 2 1 2 2 2 1 2 Fork forks ( left ( me )) := forks ( left ( me )) - 1; end ); procedure entry Putdown ( var me : integer ); 1 2 3 4 0 Right begin forks ( right ( me )) := forks ( right ( me )) + 1; 4 0 1 2 3 left forks ( left ( me )) := forks ( left ( me )) + 1; 0 1 2 3 4 ).signal signal; if fork ( right (me )) = 2 then ready (right( me) ).signal; ).signal signal; if fork ( left (me )) = 2 then ready ( left(me) ).signal; .T. .T. .T. .T. .T. .F. Ready end begin for i = 0 to 4 do begin fork (i) :=2; right(i)=[i+1] mod 5; left(i)=[i+1] mod 5; ready (i):= true; end
p1
p2
p3
r2
r4
无
有 增加边（p3,r2)
r1
r3
p1
p2
p3
r2
r4
六、死锁的恢复
1. 重新启动 简单，代价大，涉及未参与死锁的进程。 2. 终止进程(process termination) 环路上占有资源的进程。 (1) 一次性全部终止；(2) 逐步终止（优先级，代价函数） 3. 剥夺资源(resource preemption) （1）逐步剥夺 （2）一次剥夺
Procedure S: P(S1); 驶入D； P(S2); 驶入B; V(S1); P(S3); 驶入A； V(S2); 驶出A; V(S3)
Procedure E: Procedure W: P(S2); P(S1); 驶入B； P(S4); P(S3); 驶入C; 驶入A; 驶入D； V(S2); V(S4); P(S4); 驶出D； 驶入C； V(S1); V(S3); 驶出C; COBEGIN V(S4); S1:S; … ; Sm:S; E1:E; … ; En:E; W1:W; ... ; Wo:W COEND;
R={A(10),B(5),C(7)}，P={p0,p1,p2,p3,p4} Claim A B C 7 5 3 3 2 2 9 0 2 2 2 2 4 3 3 Allocation A B C 0 1 0 2 0 0 3 0 2 2 1 1 0 0 2 Need A B C 7 4 3 1 2 2 6 0 0 0 1 1 4 3 1 Available A B C 3 3 2 Work Finish A B C
四、死锁的检测
数据结构： Available: array[1..m]of integer; Allocation: array[1..n,1..m]of integer; Request: array[1..n,1..m]of integer; 临时变量： Work: array[1..m]of integer; Finish: array[1..n]of boolean;
一、什么是死锁
例子： r1 和 r2为可再用资源; P1: apply for r1; ... 1 apply for r2; ... return r1; ... return r2; 2 P2: apply for r2; ... apply for r1; ... return r1; ... return r2;
考虑因素： 死锁发生频度； 死锁影响进程。 1. 等待时检测： 发现早，恢复代价小，开销大（overhead)。 2. 定时检测： 3. 资源（eg. CPU）利用率下降时检测。
五、 死锁检测时刻
例1. P={p1,p2,p3}, R={r1(1),r2(2),r3(1),r4(3)} E={(p1,r1),(p2,r3),(r1,p2),(r2,p1),(r2,p2),(r3,p3)} r1 r3
讨论
Remarks1: 银行家算法要求条件：进程所需资源最大量, 这个信息 对于充要性分析是不够的。 Remarks2: 预先给出进程有关资源的命令序列,则可以给出死锁避免 的充要性算法，但事先给出命令序列是困难的(程序的分枝 和循环）。 Remarks3: 银行家算法与预防策略相比,提高了系统的资源利用率,但 增加了系统的开销。
1.利用信号量实现同步 经分析可知，放在桌子上的筷子是临界资源，在一段时间内 只允许一位哲学家使用。为了实现对筷子的互斥使用，可 以用一个信号量表示一只筷子，由这五个信号量构成信号 量数组。其描述如下： Var chopstick: array[0，…，4] of semaphore；
Var chopstick :array[0,…,4] of semaphore :=(1,1,1,1 ,1); repeat Swait (chopstick(i+1) mod 5],chopstick[i]); think; wait (chopstick[i]); wait (chopstick(i+1) mod 5]); ： Ssingal (chopstick(i+1) mod 5],chopstick[i]); eat; ： signal (chopstick[i]); signal (chopstick(i+1) mod 5]); ： 假如五位哲学家同时饥饿而各自拿起左边的筷子时， 假如五位哲学家同时饥饿而各自拿起左边的筷子时， think; 就会使五个信号量chopstick均为 ，出现死锁。 均为0，出现死锁。 就会使五个信号量 均为 until false;
二、死锁预防
对进程有关资源的活动加限制，所有进程 遵循这种限制，即可保证没有死锁发生。
优点：简单，系统不需要做什么。 缺点：对进程的约束，违反约束仍可能死锁。
预防方法：
预先分配法：进程运行前申请所需全部资源。 有序分配法：
例子
A W:直行 C B D E：左转
S：左转 死锁的可能性：情形1，情形2 资源编号：F(D)=1; F(B)=2; F(A)=3; F(C)=4; Var S1,S2,S3,S4:semaphore; (1,1,1,1)
必须处理,无论代价如何
目前系统实际如此
Eg. UNIX Windows
八、 饥饿与饿死
饥饿：没有时间上界的等待
排队等待 忙式等待
饿死：等待时间超过极限(deadline) 饿死 vs 死锁
死锁进程处于等待状态，饿死不然 死锁可以检测（有循环等待），饿死不然 死锁一定涉及多个进程，但饿死可能只有一个。 死锁进程等待永远不会被释放的资源，饿死进程等待会被释放但 却不会分配给自己的资源，其等待时限没有上界。
P0: p1: p2: p3: p4:
是否安全？ 安全，进程序列：<p1,p3,p4,p2,p0> p1请求：Request[1]=(1,0,2) 安全，进程序列：<p1,p3,p4,p0,p2> p4请求：Request[4]=(3,3,0), 不能满足，等待； p0请求：Request[0]=(0,2,0), 不安全，等待。
九、死锁例子——哲学家进餐
有五个哲学家共用一张圆桌， 有五个哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围的五张 椅子上，在圆桌上有五个碗和五只筷子， 椅子上，在圆桌上有五个碗和五只筷子，他们的 生活方式是交替在进行思考和进餐。平时， 生活方式是交替在进行思考和进餐。平时，一个 哲学家进行思考，饥饿时便试图取用其左右最近 哲学家进行思考， 他的筷子，只有在他拿到两只筷子时才能进餐。 他的筷子，只有在他拿到两只筷子时才能进餐。 进餐毕，放下筷子继续思考。 进餐毕，放下筷子继续思考。
在哲学家就餐问题中，如果将先拿起左边的筷子的哲 在哲学家就餐问题中， 学家称为左撇子， 学家称为左撇子，而将先拿起右边筷子的哲学家称为 右撇子，请说明在同时存在左撇子和右撇子的情况下， 右撇子，请说明在同时存在左撇子和右撇子的情况下， 任何就座安排都不会产生死锁。 任何就座安排都不会产生死锁。