# 死锁

## **计算机操作系统 - 死锁**

## 必要条件

![](/files/-Lq7QTAn0UKS9JJYOsG6)

* 互斥：每个资源要么已经分配给了一个进程，要么就是可用的。
* 占有和等待：已经得到了某个资源的进程可以再请求新的资源。
* 不可抢占：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。
* 环路等待：有两个或者两个以上的进程组成一条环路，该环路中的每个进程都在等待下一个进程所占有的资源。

## 处理方法

主要有以下四种方法：

* 鸵鸟策略
* 死锁检测与死锁恢复
* 死锁预防
* 死锁避免

## 鸵鸟策略

把头埋在沙子里，假装根本没发生问题。

因为解决死锁问题的代价很高，因此鸵鸟策略这种不采取任务措施的方案会获得更高的性能。

**当发生死锁时不会对用户造成多大影响，或发生死锁的概率很低，可以采用鸵鸟策略**。

大多数操作系统，包括 Unix，Linux 和 Windows，处理死锁问题的办法仅仅是忽略它。

## 死锁检测与死锁恢复

不试图阻止死锁，而是当检测到死锁发生时，采取措施进行恢复。

### 1. 每种类型一个资源的死锁检测

![](/files/-Lq7QTApYOmJxGrDA2HJ)

上图为资源分配图，其中方框表示资源，圆圈表示进程。资源指向进程表示该资源已经分配给该进程，进程指向资源表示进程请求获取该资源。

每种类型一个资源的死锁检测算法是通过**检测有向图是否存在环来实现，从一个节点出发进行深度优先搜索，对访问过的节点进行标记，如果访问了已经标记的节点，就表示有向图存在环**，也就是检测到死锁的发生。

### 2. 每种类型多个资源的死锁检测

![](/files/-Lq7QTArSBcSQx_4q-Gu)

上图中，有三个进程四个资源，每个数据代表的含义如下：

* E 向量：资源总量
* A 向量：资源剩余量
* C 矩阵：每个进程所拥有的资源数量，每一行都代表一个进程拥有资源的数量
* R 矩阵：每个进程请求的资源数量

进程 P1 和 P2 所请求的资源都得不到满足（有部分剩余量是0），只有进程 P3 可以，让 P3 执行，之后释放 P3 拥有的资源，此时 A = (2 2 2 0)。P2 可以执行，执行后释放 P2 拥有的资源，A = (4 2 2 1) 。P1 也可以执行。所有进程都可以顺利执行，没有死锁。

算法总结如下：

**每个进程最开始时都不被标记，执行过程有可能被标记**。当算法结束时，任何没有被标记的进程都是死锁进程。

1. **寻找一个没有标记的进程 Pi，它所请求的资源小于等于 A**。
2. 如果找到了这样一个进程，那么将 C 矩阵的第 i 行向量加到 A 中，标记该进程，并转回 1。
3. 如果没有这样一个进程，算法终止。

## 死锁预防

在程序运行之前预防发生死锁。

### 1. 破坏互斥条件

例如假脱机打印机技术允许若干个进程同时输出，唯一真正请求物理打印机的进程是打印机守护进程。

### 2. 破坏占有和等待条件

一种实现方式是规定所有进程在开始执行前请求所需要的全部资源。

### 3. 破坏不可抢占条件

### 4. 破坏环路等待

给资源统一编号，进程只能按编号顺序来请求资源。

## 死锁避免

在程序运行时避免发生死锁。

### 1. 安全状态

![](/files/-Lq7QTAtlHJmyu106pKc)

图 a 的第二列 Has 表示已拥有的资源数，第三列 Max 表示总共需要的资源数，Free 表示还有可以使用的资源数。从图 a 开始出发，先让 B 拥有所需的所有资源（图 b），运行结束后释放 B，此时 Free 变为 5（图 c）；接着以同样的方式运行 C 和 A，使得所有进程都能成功运行，因此可以称图 a 所示的状态时安全的。


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