一、概念
【死锁】就是：
- 【至少2到2个以上】的进程，因为【争抢临界资源】而【循环等待】的情况
- 所有进程都持有别的进程所需要的资源，但是又缺少一部分资源还在别的进程手里
- 所有进程都进入【阻塞态】，没有一个进程在【运行态】
- 比如哲学家例子，所有哲学家都占有相对自己而言的【左筷子】资源，而无法获取【右筷子】资源，要循环等待其他进程释放【左筷子】资源
注意区分【死锁】、【饥饿】、【死循环】
- 【死锁】强调：
- 1、【至少2到2个以上】的进程，而且都在【阻塞态】
- 2、是因为【操作系统这个管理者】对【资源分配策略】不当而导致的现象
- 3、**死锁必然会导致饥饿！！！**而且是永久饥饿
- 【饥饿】强调：
- 1、可能只有1个进程饥饿
- 2、有可能是【阻塞态】（例：得不到I/O资源），也可能是【就绪态】（例：得不到CPU）
- 3、也是因为【操作系统这个管理者】对【资源分配策略】不当而导致的现象
- 4、**饥饿不一定是死锁！！！**只不过是一个进程一直等待而已，终有那么一刻会给他等到资源的
- 【死循环】强调：
- 1、可能是1个进程死循环
- 2、可以是【运行态】，在CPU运行其代码的时候有死循环代码卡住
- 3、是【程序这个被管理者】自身问题，和【操作系统无关】
二、死锁产生的原因、必要条件
【原因】总结就是：各进程争抢需要互斥的临界资源，而操作系统对各个进程获取资源的分配策略不当
【必要条件】：必要！必要！只有4个条件同时发生才会导致死锁！！
缺一不可，只要破坏一个都不会导致死锁了！！！
简单用一个例子解释可以记熟一点：
假设有一个公共厕所，里面有【纸巾】和【坑位】两个资源，有两个进程A和B要用
- 【互斥条件】：同一时刻A和B只能有一个人去蹲坑，总不能两个人同时背靠背用一个坑位拉屎吧？同一时刻A和B也只能一个人去抽纸巾
- 【请求和保持条件】：吃着碗里的想着锅里的！！A先进去占用坑位拉屎了，那B等烦了就也去占了纸巾机；现在A拉完了需要抽纸巾擦屁股，但是B不给A；现在B有了纸巾想拉屎，但是A也占着坑位不给B。
- 【不可抢占条件】：A和B都是文明人，他们只能占着资源但是不能动手！B不可以强行把A光着屁股拖出来，A也不能光着屁股去抢B的纸巾
- 【循环等待条件】：结果就是A要等B的纸巾，B要等A的坑位。可是如果这时候有个第三人C进来带着纸巾，他给了A擦了屁股，A就不用等B了，而A拉完了B也就可以进去用坑位了，就会打破死锁现象。
三、死锁处理
1、不允许死锁发生（静态预防死锁）
【破坏互斥条件】
简单举例：
- 还是刚刚公共厕所的例子，这就相当于发明了一个可以一人蹲一半的坑位，然后A和B可以同时在一个坑位背靠背拉屎了，但是不是所有厕所都可以这样，比如五星级酒店这样就会有伤大雅。。。。
【破坏不剥夺条件】
简单举例：
- 方案一：当A进去坑位一直拉屎不出来，B一直拿着纸巾不拉屎，会有一个厕所管理员去检查，发现B明明又【没有占坑位】，又【占着纸巾】，只有1个资源，那就把它赶出去，把纸巾给A让它擦完屁股
- 方案二：A是普通小市民，B是黑社会大恶霸，B上厕所的优先级更高，B进来了管你A拉没拉完，厕所管理员直接把A赶出去
【破坏请求保持条件】
简单举例：
- 不让你吃着碗里的又想着锅里的，进厕所之前强制让第一个人先拿到【坑位】和【纸巾】2个资源，其他人不许抢！这样A就能顺利拉完然后到B了
缺点：
简单举例：
- 如果还真有这种神人，比如C进来他拉屎不擦屁股，只需要【坑位】这1个资源；D进来不拉屎，只需要【纸巾】擦个嘴；
- 那么如果让A一直占着这2个资源，会造成C和D这么简单的需求都完成不了
- 而如果让像C和D这些进程先执行，一直有这样的进程运行，那A永远不能上坑位拉屎并且擦屁股，A要饿死了
【破坏循环等待条件】
简答举例：
- 还是刚刚那个公共厕所例子：现在给【坑位编号1】、【纸巾编号2】
- 不管是A和B，不管你是想用纸巾还是上厕所，都必须先申请 1 号坑位，再申请 2 号水龙头
- 结果会怎样？
假设A先抢到了 1 号坑位：
- B想申请资源，必须先抢 1 号坑位，但被A占了，只能在外面等
- A占着坑位，再去申请 2 号纸巾（没人抢，直接拿到）
- A用完坑位和纸巾，先释放坑位，再释放水龙头
- B才能拿到坑位，再拿纸巾，顺利完成流程
假设B先抢到了 1 号坑位：
- B只能等A用完，再按顺序申请资源
- 永远不会出现 "一个占着 1 号，一个占着 2 号，互相等" 的情况，这样就直接打破了循环等待条件，死锁根本没法形成！
缺点：这种分配编号顺序在代码层面肯定是麻烦的，每加一个设备都要调编号顺序。而且并不是每个进程都要按编号顺序使用设备，比如B人家压根就不想用坑位，你非要人家蹲一会干拉才能用纸巾。
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【经典例子】
- 情况一：限制拿筷子的哲学家数量，就会留出进程不参与资源竞争，从而打破循环卡死
- 情况二：假设1号拿左筷子，2号拿右筷子时发现被1号拿左筷子时拿走了，于是2号啥也干不了就等待，但2号也没有占用任何资源，因此等价情况一
【计算题重点：什么时候不死锁？什么时候死锁？】
【简洁版总结】
【详细版分析】
字太丑了没办法。。。
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【例题】
2、不允许死锁发生（动态避免死锁：银行家算法）
1）银行家算法概念
2）【关于计算 "安全序列"】
不管选择题、大题，问题里问【当前情况是否安全？】，意思就是【是否能求出安全序列？】
在计算安全序列之前，名词解释：
- process：是进程
- max：这个进程预估的最多需要几个资源
- allocation：是已分配资源(这个进程已经拿到手了几个资源)
- need：这个进程还需要几个资源，need=max-allocation
- request_i：是该进程Pi本次申请的资源数量，request_i <= need
- 比如上面图片P0进程对3个设备的总共需要是(7,5,3)，它已经拿到手(0,1,0)，还需要(7,5,3)-(0,1,0)=(7,4,3)，然后他此时想申请(2,1,1)，不可以申请超过(7,4,3)的资源数
- work=available：这两个单词代表一个意思，就是当前计算机手头还剩几个可用资源
那么计算安全序列的方式，我在网上看到最稳最不容易错的就是，像我下面铅笔这样画表格（甚至可以完全不知道里面的意思，你只用照着模板写就行）以这道题为例子：
- 初始还剩资源是(0,2,1)，我们跟4个进程的need对比，发现只满足P1的need(0,0,1)
- 于是写下去表格，后面的计算我就不文字叙述了，最终可以满足P1所有所需资源，P1进程运行结束，【归还自己的进程！！】------> 更新【计算机目前手头还剩资源：(2,2,1)】
- 现在还剩资源是(2,2,1)，我们跟除了P1的剩下3个进程的need对比，发现只满足P4的need(2,0,0)
- 于是写下去表格，后面的计算我就不文字叙述了，最终可以满足P4所有所需资源，P4进程运行结束，【归还自己的进程！！】------> 更新【计算机目前手头还剩资源：(2,2,2)】
- 现在还剩资源是(2,2,2)，我们跟除了P1、P4的剩下2个进程的need对比，发现没有任何一个进程的需求可以满足！！！
- 于是当前情况找不到任何安全序列！！！不安全，会死锁！！！
3）【判断进程可否给Pi进程分配 "Request_i个资源" 】
这题第二问【T0时刻P3请求1台设备可否】这种问题，需要额外先加2个判断：
- 【Request_i】就是Pi进程此时要请求的资源的数量，【Need_i】是Pi进程还需要几个资源，【Available_i(或者Work_i)】就是整个计算机手头还剩几个资源
- 那【你申请的资源数量】总不能大于【你还需要的资源数】吧？你只需要2台打印机申请5台不就有问题吗？
- 【你申请的资源数量】总不能大于【计算机还剩的可用资源数】吧？计算机就剩2台打印机，你申请5台也申请不了啊？
- 如果以上两个条件都无法满足，那直接拒绝，直接不允许分配就完事了
- 如果上面两个条件都满足，那么再根据新的更新信息，按照第一问的方式计算
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【例题】
3、允许死锁发生
1）死锁的检测
【注意：死锁定理】
2）死锁的解除
【资源剥夺法（抢资源给别人用）】
大白话：管理员直接从其中一个死锁进程手里，把资源抢过来，分给另一个进程用，先把活干完。
厕所场景：管理员看AB两人僵住了，直接把 A 从坑位里请出来（挂起进程），把坑位暂时收回来给 B 用
- B 拿到坑位，马上就能上厕所，用完之后，把【坑位】和【纸巾】2个资源都释放出来。
- 然后管理员再把 A 请回坑位，让他继续上厕所，这时候【纸巾】也够了，A 就能顺利擦屁股了。
优缺点：✅ 不用把人赶跑，只是暂时请出去，进程还能继续执行。❌ 万一 A 一直被抢资源，每次都让他让着别人，他可能一直用不上厕所，就 "饿死" 了（进程长时间得不到资源，一直阻塞）
【撤销进程法（直接把进程 "干掉"）】
大白话：管理员直接把其中一个死锁进程强制终止，把他手里的所有资源全部收回来，分给别人用。
厕所场景：管理员看劝不动，直接把 A 赶出去（终止进程），不管他上没上完，把坑位直接给 B 用。
- B 拿到坑位，顺利上完厕所，释放所有资源。
- A 只能下次重新排队，从头再来上厕所。
优缺点：✅ 实现超简单，直接解决死锁，不用管复杂的状态。❌ 代价极大！A 已经蹲了 10 分钟，快完事了，被赶出去等于白忙活，所有进度都没了，还要从头再来（进程已经运行很久，终止后需要重新执行，浪费时间）。
【进程回退法（让进程 "时光倒流"）】
大白话：管理员让其中一个死锁进程退回到还没拿资源的时候，重新按规则申请资源，避免死锁。
厕所场景：管理员让 A 退回到 "还没进坑位" 的状态（回退到之前的检查点），也就是让他从坑里出来，回到排队的队伍里。
- 现在 A 和 B 都没有拿资源了，管理员规定 "所有人必须【先申请纸巾】，【再申请坑位】"。
- 于是 B 先拿到【纸巾】，再申请【坑位】，顺利完成；
- 然后 A 再按顺序申请，也不会死锁了。
优缺点：✅ 不会浪费进程的进度，只是退回到安全的状态，重新执行就行。❌ 要求很高！系统得一直记录进程的历史状态（比如管理员得记得 A 什么时候进的坑，怎么退回去），实现起来麻烦。
补充：管理员怎么决定 "对谁动手"？
解除死锁时，要选一个 "代价最小" 的进程来处理，对应到厕所场景：
- 进程优先级：如果 B 是领导，A 是普通人，肯定先动 A，不动领导。
- 已执行时间：如果 A 已经蹲了 10 分钟，快完事了；B 刚进来 10 秒，就动 B，别让 A 白忙活。
- 还要多久完成：如果 B 再用 10 秒水龙头就好，A 还要蹲 10 分钟，就动 A，让 B 先用完。
- 已使用资源：如果 A 占着坑位耗了很久，占着资源不撒手，就动他，别浪费资源。
- 交互 / 批处理：如果 B 是急得不行的交互式（比如马上要上班），A 是不着急的（比如没事干），就动 A，保住 B 的紧急需求。
