北京企业网站建设,做网站的技术支持,网站推广方式组合,站酷海报设计图片文章目录1 死锁1.1 死锁定义1.2 死锁、饥饿、死循环的区别1.3 死锁产生的必要条件1.4 什么时候会发生死锁1.5 死锁的处理策略1.6 死锁的概念小结2 死锁预防2.1 破坏互斥条件2.2 破坏不剥夺条件2.3 破坏请求和保持条件2.4 破坏循环等待条件2.5 预防死锁小结3 死锁避免3.1 安全序…
文章目录1 死锁1.1 死锁定义1.2 死锁、饥饿、死循环的区别1.3 死锁产生的必要条件1.4 什么时候会发生死锁1.5 死锁的处理策略1.6 死锁的概念小结2 死锁预防2.1 破坏互斥条件2.2 破坏不剥夺条件2.3 破坏请求和保持条件2.4 破坏循环等待条件2.5 预防死锁小结3 死锁避免3.1 安全序列3.2 银行家算法3.2.1 手动实现银行家算法3.2.2 银行家算法描述4 死锁的检测和解除4.1 死锁的检测4.2 死锁的避免4.3 死锁的检测与避免小结1 死锁
1.1 死锁定义 产生条件每个人都占有一个资源同时又在等待另一个人手里的资源。发生“死锁” 在并发环境下各进程因竞争资源而造成的一种互相等待对方手里的资源导致各进程都阻塞都无法向前推进的现象这就是“死锁”。发生死锁后若无外力干涉这些进程都将无法向前推进。 1.2 死锁、饥饿、死循环的区别 死锁各进程互相等待对方手里的资源导致各进程都阻塞无法向前推进的现象。饥饿由于长期得不到想要的资源某进程无法向前推进的现象。比如在短进程优先SPF算法中若有源源不断的短进程到来则长进程将一直得不到处理机从而发生长进程“饥饿”。死循环某进程执行过程中一直跳不出某个循环的现象。有时是因为程序逻辑bug导致的有时是程序员故意设计的。 1.3 死锁产生的必要条件
产生死锁必须同时满足一下四个条件只要其中任一条件不成立死锁就不会发生。
互斥条件只有对必须互斥使用的资源的争抢才会导致死锁如哲学家的筷子、打印机设备。像内存、扬声器这样可以同时让多个进程使用的资源是不会导致死锁的因为进程不用阻塞等待这种资源。不剥夺条件进程所获得的资源在未使用完之前不能由其他进程强行夺走只能主动释放。请求和保持条件进程已经保持了至少一个资源但又提出了新的资源请求而该资源又被其他进程占有此时请求进程被阻塞但又对自己已有的资源保持不放。循环等待条件存在一种进程资源的循环等待链链中的每一个进程已获得的资源同时被下一个进程所请求。
注意 发生死锁时一定有循环等待但是发生循环等待时未必死锁循环等待是死锁的必要不充分条件如果同类资源数大于1则即使有循环等待也未必发生死锁。但如果系统中每类资源都只有一个那循环等待就是死锁的充分必要条件了。 1.4 什么时候会发生死锁
对系统资源的竞争。 各进程对不可剥夺的资源如打印机的竞争可能引起死锁对可剥夺的资源CPU的竞争是不会引起死锁的。 进程推进顺序非法 请求和释放资源的顺序不当也会导致死锁。例如并发执行的进程P1、P2分别申请并占用了资源R1、R2之后进程P1又紧接着申请资源R2而进程P2又申请资源R1两者会因为申请的资源被对方占有而阻塞从而发生死锁 信号量使用不当 在生产者-消费者问题中若实现互斥的P操作在实现同步的P操作之前就有可能导致死锁。可以把互斥信号量、同步信号量也看做是一种抽象的系统资源 总之对不可剥夺资源的不合理分配可能导致死锁。
1.5 死锁的处理策略
预防死锁。破坏死锁产生的四个必要条件中的一个或几个。避免死锁。用某种方法防止系统进入不安全状态从而避免死锁银行家算法。死锁的检测和解除。允许死锁的发生不过操作系统会负责检测出死锁的发生然后采取某种措施解除死锁。
1.6 死锁的概念小结 2 死锁预防
2.1 破坏互斥条件
互斥条件只有对必须互斥使用的资源的争抢才会导致死锁。 如果把只能互斥使用的资源改造为允许共享使用则系统不会进入死锁状态。比如:SPOOLing技术。 操作系统可以采用SPOOLing 技术把独占设备在逻辑上改造成共享设备。比如用SPOOLing技术将打印机改造为共享设备… 该策略的缺点 并不是所有的资源都可以改造成可共享使用的资源。并且为了系统安全很多地方还必须保护这种互斥性。因此很多时候都无法破坏互斥条件。
2.2 破坏不剥夺条件
不剥夺条件进程所获得的资源在未使用完之前不能由其他进程强行夺走只能主动释放。 破坏不剥夺条件 方案一当某个进程请求新的资源得不到满足时它必须立即释放保持的所有资源待以后需要时再重新申请。也就是说即使某些资源尚未使用完也需要主动释放从而破坏了不可剥夺条件。 方案二当某个进程需要的资源被其他进程所占有的时候可以由操作系统协助将想要的资源强行剥夺。这种方式一般需要考虑各进程的优先级比如剥夺调度方式就是将处理机资源强行剥夺给优先级更高的进程使用 该策略的缺点
实现起来比较复杂。释放已获得的资源可能造成前一阶段工作的失效。因此这种方法一般只适用于易保存和恢复状态的资源如CPU。反复地申请和释放资源会增加系统开销降低系统吞吐量。若采用方案一意味着只要暂时得不到某个资源之前获得的那些资源就都需要放弃以后再重新申请。如果一直发生这样的情况就会导致进程饥饿。
2.3 破坏请求和保持条件
请求和保持条件进程已经保持了至少一个资源但又提出了新的资源请求而该资源又被其他进程占有此时请求进程被阻塞但又对自己已有的资源保持不放。 可以采用静态分配方法即进程在运行前一次申请完它所需要的全部资源在它的资源未满足前 不让它投入运行。一旦投入运行后这些资源就一直归它所有该进程就不会再请求别的任何资源了。 该策略实现起来简单但也有明显的缺点 有些资源可能只需要用很短的时间因此如果进程的整个运行期间都一直保持着所有资源就会造成严重的资源浪费资源利用率极低。另外该策略也有可能导致某些进程饥饿。
2.4 破坏循环等待条件
循环等待条件存在一种进程资源的循环等待链链中的每一个进程已获得的资源同时被下一个进程所请求。 可采用顺序资源分配法。首先给系统中的资源编号规定每个进程必须按编号递增的顺序请求资源 同类资源即编号相同的资源一次申请完。 原理分析一个进程只有已占有小编号的资源时才有资格申请更大编号的资源。按此规则已持有大编号资源的进程不可能逆向地回来申请小编号的资源从而就不会产生循环等待的现象。
该策略的缺点
不方便增加新的设备因为可能需要重新分配所有的编号进程实际使用资源的顺序可能和编号递增顺序不一致会导致资源浪费必须按规定次序申请资源用户编程麻烦。
2.5 预防死锁小结 3 死锁避免
3.1 安全序列
所谓安全序列就是指如果系统按照这种序列分配资源则每个进程都能顺利完成。只要能找出一个安全序列系统就是安全状态。当然安全序列可能有多个。 如果分配了资源之后系统中找不出任何一个安全序列系统就进入了不安全状态。这就意味着之后可能所有进程都无法顺利的执行下去。当然如果有进程提前归还了一些资源那系统也有可能重新回到安全状态不过我们在分配资源之前总是要考虑到最坏的情况。 如果系统处于安全状态就一定不会发生死锁如果系统进入不安全就可能发生死锁处于不安全状态未必就是发生了死锁但发生死锁时一定是在不安全状态 因此可以在资源分配之前预先判断这次分配是否会导致系统进入不安全状态以此决定是否答应资源分配请求。这也是“银行家算法”的核心思想。 3.2 银行家算法 核心思想在进程提出资源申请时先预判此次分配是否会导致系统进入不安全状态。如果会进入不安全状态就暂时不答应这次请求让该进程先阻塞等待。 思考在计算机系统中会有多种多样的资源如何用银行家算法多种资源的分配情况呢
3.2.1 手动实现银行家算法
可以把多种资源拓展为多维的向量。比如系统中有5个进程PO~P43种资源RO~R2初始数量为1057则某一时刻的情况可表示如下
进程最大需求已分配P07,5,30,1,0P13,2,22,0,0P29,0,23,0,2P32,2,22,1,1P44,3,30,0,2
此时总共已分配725还剩余332 可把最大需求、已分配的数据看作矩阵两矩阵相减就可算出各进程最多还需要多少资源了
进程最大需求已分配最多还需要P07,5,30,1,07,4,3P13,2,22,0,01,2,2P29,0,23,0,26,0,0P32,2,22,1,10,1,1P44,3,30,0,24,3,1
思考此时系统是否处于安全状态
思路尝试找出一个安全序列…
依次检查剩余可用资源332是否能满足各进程的需求 3327,4,3不满足P0需求所以将P0阻塞3321,2,2可满足P1需求将P1加入安全序列并更新剩余可用资源值为2,0,0332532 依次检查剩余可用资源532是否能满足剩余进程不包括已加入安全序列的进程P1的需求 5327,4,3且5326,0,0所以P0、P2不满足需求继续阻塞0,1,1532P3满足需求说明如果优先把资源分配给P3那P3一定是可以顺利执行结束的。等P3结束了就会归还资源。于是资源数就可以增加到 211532743 依次检查剩余可用资源743是否能满足剩余进程不包括已加入安全序列P1、P3的进程的需求: 7437,4,3此时P0满足需求加入安全序列等P0结束了就会归还资源。于是资源数就可以增加到010743753 依次检查剩余可用资源753是否能满足剩余进程不包括已加入安全序列P1、P3、P0的进程的需求: 7536,0,0此时P2满足需求加入安全序列等P2结束了就会归还资源。于是资源数就可以增加到3027531055 依次检查剩余可用资源1055是否能满足剩余进程不包括已加入安全序列P1、P3、P0、P2的进程的需求: 10534,3,0此时P4满足需求加入安全序列等P4结束了就会归还资源。于是资源数就可以增加到00210531057恢复到原来初始数量。 以此类推共五次循环检查即可将5个进程都加入安全序列中最终可得一个安全序列。本次安全系列即P1、P3、P0、P2、P4。
该算法称为安全性算法可以很方便地用代码实现以上流程每一轮检查都从编号较小的进程开始检查。 实际做题时可以更快速的得到安全序列。 资源总数1057剩余可用资源1057-725332
进程最大需求已分配最多还需要P07,5,30,1,07,4,3P13,2,22,0,01,2,2P29,0,23,0,26,0,0P32,2,22,1,10,1,1P44,3,30,0,24,3,1
经对比发现332可满足P1、P3说明无论如何这两个进程的资源需求一定是可以依次被满足的因此P1、P3一定可以顺利的执行完并归还资源。可把P1、P3先加入安全序列。 200211332743
去除P1、P3分析PO、P2、P4 资源总数1057剩余可用资源743
进程最大需求已分配最多还需要P07,5,30,1,07,4,3P29,0,23,0,26,0,0P44,3,30,0,24,3,1
剩下的PO、P2、P4都可被满足。同理这些进程都可以加入安全序列。 于是5个进程全部加入安全序列说明此时系统处于安全状态暂不可能发生死锁。
3.2.2 银行家算法描述 假设系统中有n个进程m种资源 每个进程在运行前先声明对各种资源的最大需求数则可用一个n*m的矩阵可用二维数组实现表示所有进程对各种资源的最大需求数。 不妨称为最大需求矩阵MaxMax[ij]K表示进程Pi最多需要K个资源Rj。同理系统可以用一个n*m的分配矩阵Allocation表示对所有进程的资源分配情况。Max-Allocation Need矩阵表示各进程最多还需要多少各类资源。 另外还要用一个长度为m的一维数组Available表示当前系统中还有多少可用资源。 某进程Pi向系统申请资源可用一个长度为m的一维数组Request表示本次申请的各种资源量。 可用银行家算法预判本次分配是否会导致系统进入不安全状态
如果Requesti[j]c0jm便转向2否则认为出错如果Requesti[j]Availavle0jm便转向3否则表示尚无足够资源Pi必须等待系统试探着把资源分配给Pi并修改响应的数据并非真的分配修改只是为了做预判 AvailavleAvailavle-Request;Allocation[i,j]Allocation[i,j]Request[i,j];Need[i,j]Need[i,j]-Requesti[j]OS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分配否则恢复相应数据让进程阻塞等待
银行家算法数据结构 长度为m的一维数组Available表示还有多少可用资源n*m矩阵Max表示各进程对资源的最大需求数n*m矩阵Allocation表示已经给各进程分配了多少资源Max-AllocationNeed矩阵表示各进程最多还需要多少资源用长度为m的一位数组Request表示进程此次申请的各种资源数 银行家算法步骤 检查此次申请是否超过了之前声明的最大需求数检查此时系统剩余的可用资源是否还能满足这次请求试探着分配更改各数据结构用安全性算法检查此次分配是否会导致系统进入不安全状态 安全性算法步骤 检查当前的剩余可用资源是否能满足某个进程的最大需求如果可以就把该进程加入安全序列并把该进程持有的资源全部回收。不断重复上述过程看最终是否能让所有进程都加入安全序列。 系统处于不安全状态未必死锁但死锁时一定处于不安全状态。系统处于安全状态一定不会死锁。
4 死锁的检测和解除
4.1 死锁的检测 为了能对系统是否已发生了死锁进行检测必须 用某种数据结构来保存资源的请求和分配信息提供一种算法利用上述信息来检测系统是否已进入死锁状态。 R2资源有2个R1资源有3个P1进程请求1个R2资源P2进程请求1个R1资源R1给P1分配了两个资源R1给P2进程分配了1个资源R2给P2进程分配了两个资源 以下就是图的表示 如何由图形判断系统是否处于死锁状态
如果系统中剩余的可用资源数足够满足进程的需求那么这个进程暂时是不会阻塞的可以顺利地执行下去。 上图中P1进程仅请求1个R2资源而R2资源只分配出去了1个而R2资源有2个所以还有一个空闲可分配给P1P1进程此次请求可以被满足因此不会被阻塞可以顺利执行下去 P2进程请求1个R1资源而R1的3个资源都被分配出去了无空闲可分配给P2P1进程此次请求不可以被满足因此会被阻塞无法顺利执行下去。 如果这个进程执行结束了把资源归还系统就可能使某些正在等待资源的进程被激活并顺利地执行下去。相应的这些被激活的进程执行完了之后又会归还一些资源这样可能又会激活另外一些阻塞的进程… P1执行完毕把所有资源归还系统不会在申请资源可以将P1进程所连的边抹去 此时P2可以申请1个R1资源P2进程被唤醒执行执行完毕后归还系统资源并且不对任何一种资源提出请求将P2进程所连的边抹去 如果按上述过程分析最终能消除所有边就称这个图是可完全简化的 。此时一定没有发生死锁相当于能找到一个安全序列 如果最终不能消除所有边那么此时就是发生了死锁 P1要申请2个R2资源此时R2无空闲可分配P2要请求1个R1资源此时R1无空闲可分配P3可顺利执行执行完毕归还1个R2此时R2有1个空闲资源但P1申请仍然阻塞同样P2也被阻塞 最终还连着边的那些进程就是处于死锁状态的进程。 所以P3进程不是死锁进程P1、P2进程是死锁进程 检测死锁的算法 在资源分配图中找出既不阻塞又不是孤点与之至少有1个边相连的进程Pi 即找出一条有向边与它相连且该向边对应资源的申请数量小于等于系统中已有空闲资源数量。 如下图中R1没有空闲资源R2有 1个空闲资源。若所有的连接该进程的边均满足上述条件则这个进程能继续运行直至完成然后释放它所占有的所有资源。消去它所有的请求边和分配边使之称为孤立的结点。在下图中 P1是满足这一条件的进程结点于是将P1的所有边消去。 进程Pi所释放的资源可以唤醒某些因等待这些资源而阻塞的进程原来的阻塞进程可能变为非阻塞进程。在下图中P2就满足这样的条件。根据1中的方法进行一系列简化后若能消去途中所有的边则称该图是可完全简化的。 4.2 死锁的避免
一旦检测出死锁的发生就应该立即解除死锁。 并不是系统中所有的进程都是死锁状态用死锁检测算法化简资源分配图后还连着边的那些进程就是死锁进程
解除死锁的主要方法有 资源剥夺法。挂起暂时放到外存上某些死锁进程并抢占它的资源将这些资源分配给其他的死锁进程。但是应防止被挂起的进程长时间得不到资源而饥饿。 撤销进程法或称终止进程法。强制撤销部分、甚至全部死锁进程并剥夺这些进程的资源。这种方式的优点是实现简单但所付出的代价可能会很大。因为有些进程可能已经运行了很长时间已经接近结束了一旦被终止可谓功亏一篑以后还得从头再来。 进程回退法。让一个或多个死锁进程回退到足以避免死锁的地步。这就要求系统要记录进程的历史信息设置还原点。 如何决定对哪一进程实现以上3个方法解除死锁呢 从以下5个角度考虑 进程优先级已执行多长时间还要多久能完成进程已经使用了多少资源进程是交互式的还是批处 理式的 4.3 死锁的检测与避免小结
