操作系统笔记-2.4.1 死锁的概念

王道操作系统笔记，视频链接：2.4.1 死锁的概念

知识总览

1. 死锁的概念：
   • 什么是死锁
   • 进程死锁、饥饿、死循环的区别
   • 死锁产生的必要条件
   • 什么时候会发生死锁
   • 死锁的处理策略

什么是死锁

1. 举例：哲学家进餐问题中，如果5位哲学家进程并发执行，都拿起了左手边的筷子，每位哲学家都在等待自己右边的人放下筷子，这些哲学家进程都因等待筷子资源而被阻塞，即发生"死锁"。
2. 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，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。

死锁、饥饿、死循环区别

1. • 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
     • 之前的P、V操作就是故意设置的死循环
   • 它们都是进程发生了某种异常的状况而无法往下继续推进的现象。
   • 图：
     
2. 注意点：
   • 死锁中，至少有两个或两个以上的进程同时发生死锁。
   • 饥饿可能只有一个进程发生饥饿，可能是阻塞态，也可能是就绪态。
   • 死锁和饥饿是管理者（操作系统）的问题，死循环是被管理者的问题。

死锁产生的必要条件

1. 产生死锁必须同时满足以下四个条件，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，即循环等待是死锁的必要不充分条件
     • 比如：前文的哲学家就餐问题，如果出现一个第六人给了新的筷子（释放了一个可用的资源），这样也可以不会死锁。
     • 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。

什么时候会发生死锁

1. 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。
2. 进程推进顺序非法。请求和释放资源的顺序不当，也同样会导致死锁。例如，并发执行的进程P1、P2分别申请并占有了资源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。
3. 信号量的使用不当也会造成死锁。如生产者-消费者问题中，如果实现互斥的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）
4. 总结：对不可剥夺资源的不合理分配，可能导致死锁。

死锁的处理策略

1. 预防死锁。破坏死锁产生的四个必要条件中的一个或几个。
2. 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（比如银行家算法）
3. 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。

知识回顾与重要考点

1. 死锁、饥饿、死循环的区别容易出选择题考察
2. 死锁产生的必要条件中的循环等待条件容易作为选择题陷阱。
   • 死锁一定循环，循环未必死锁