deadlock

所謂死鎖: 是指兩個或兩個以上的進程在執行過程中,因爭奪資源而造成的一種互相等待的現象,若無外力作用,它們都將無法推進下去。此時稱系統處於死鎖狀態或系統產生了死鎖,這些永遠在互相等待的進程稱為死鎖進程。

簡介

由於資源占用是互斥的,當某個進程提出申請資源後,使得有關進程在無外力協助下,永遠分配不到必需的資源而無法繼續運行,這就產生了一種特殊現象死鎖。

一種情形,此時執行程式中兩個或多個執行緒發生永久堵塞(等待),每個執行緒都在等待被其他執行緒占用並堵塞了的資源。例如,如果執行緒A鎖住了記錄1並等待記錄2,而執行緒B鎖住了記錄2並等待記錄1,這樣兩個執行緒就發生了死鎖現象。

計算機系統中,如果系統的資源分配策略不當,更常見的可能是程式設計師寫的程式有錯誤等,則會導致進程因競爭資源不當而產生死鎖的現象。

產生原因

(1) 因為系統資源不足。

(2) 進程運行推進的順序不合適。

(3) 資源分配不當。

(4) 占用資源的程式崩潰等。

如果系統資源充足,進程的資源請求都能夠得到滿足,死鎖出現的可能性就很低,否則

就會因爭奪有限的資源而陷入死鎖。其次,進程運行推進順序與速度不同,也可能產生死鎖。

產生條件

(1) 互斥條件:一個資源每次只能被一個進程使用。

(2) 請求與保持條件:一個進程因請求資源而阻塞時,對已獲得的資源保持不放。

(3) 不剝奪條件:進程已獲得的資源,在末使用完之前,不能強行剝奪。

(4) 循環等待條件:若干進程之間形成一種頭尾相接的循環等待資源關係。

這四個條件是死鎖的必要條件,只要系統發生死鎖,這些條件必然成立,而只要上述條件之

一不滿足,就不會發生死鎖。

解決方法

預防

理解了死鎖的原因,尤其是產生死鎖的四個必要條件,就可以最大可能地避免、預防和解除死鎖。所以,在系統設計、進程調度等方面注意如何不讓這四個必要條件成立,如何確定資源的合理分配算法,避免進程永久占據系統資源。此外,也要防止進程在處於等待狀態的情況下占用資源,在系統運行過程中,對進程發出的每一個系統能夠滿足的資源申請進行動態檢查,並根據檢查結果決定是否分配資源,若分配後系統可能發生死鎖,則不予分配,否則予以分配 。因此,對資源的分配要給予合理的規劃。

一、有序資源分配法

這種算法資源按某種規則系統中的所有資源統一編號(例如印表機為1、磁帶機為2、磁碟為3、等等),申請時必須以上升的次序。系統要求申請進程:

1、對它所必須使用的而且屬於同一類的所有資源,必須一次申請完;

2、在申請不同類資源時,必須按各類設備的編號依次申請。例如:進程PA,使用資源的順序是R1,R2; 進程PB,使用資源的順序是R1,R2;若採用動態分配有可能形成環路條件,造成死鎖。

採用有序資源分配法:R1的編號為1,R2的編號為2;

PA:申請次序應是:R1,R2

PB:申請次序應是:R1,R2

這樣就破壞了環路條件,避免了死鎖的發生

二、銀行算法

避免死鎖算法中最有代表性的算法是Dijkstra E.W 於1968年提出的銀行家算法:

該算法需要檢查申請者對資源的最大需求量,如果系統現存的各類資源可以滿足申請者的請求,就滿足申請者的請求。

這樣申請者就可很快完成其計算,然後釋放它占用的資源,從而保證了系統中的所有進程都能完成,所以可避免死鎖的發生。

避免死鎖

最具有代表性的避免死鎖的算法,是Dijkstra的銀行家算法,這是由於該算法能用於銀行系統現金貸款的發放而得名的,為實現銀行家算法,系統中必須設定若干數據結構.

1)可利用資源向量Available 是個含有m個元素的數組,其中的每一個元素代表一類可利用的資源數目。如果Available[j]=K,則表示系統中現有Rj類資源K個。

2)最大需求矩陣Max 這是一個n×m的矩陣,它定義了系統中n個進程中的每一個進程對m類資源的最大需求。如果Max[i,j]=K,則表示進程i需要Rj類資源的最大數目為K。

3)分配矩陣Allocation 這也是一個n×m的矩陣,它定義了系統中每一類資源當前已分配給每一進程的資源數。如果Allocation[i,j]=K,則表示進程i當前已分得Rj類資源的 數目為K。

4)需求矩陣Need。 這也是一個n×m的矩陣,用以表示每一個進程尚需的各類資源數。如果Need[i,j]=K,則表示進程i還需要Rj類資源K個,方能完成其任務。  Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]

排除方法

1、撤消陷於死鎖的全部進程;

2、逐個撤消陷於死鎖的進程,直到死鎖不存在;

3、從陷於死鎖的進程中逐個強迫放棄所占用的資源,直至死鎖消失;

4、從另外一些進程那裡強行剝奪足夠數量的資源分配給死鎖進程,以解除死鎖狀態。

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