专栏首页Kevin-ZhangCG什么是死锁?死锁发生的四个必要条件是什么?如何避免和预防死锁产生?

什么是死锁?死锁发生的四个必要条件是什么?如何避免和预防死锁产生?

什么是死锁?

  死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中,由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁,这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。

  例如,在某个计算机系统中只有一台打印机和一台输入 设备,进程P1正占用输入设备,同时又提出使用打印机的请求,但此时打印机正被进程P2 所占用,而P2在未释放打印机之前,又提出请求使用正被P1占用着的输入设备。这样两个进程相互无休止地等待下去,均无法继续执行,此时两个进程陷入死锁状态。

死锁产生的原因:

1.系统资源的竞争

  当系统中供多个进程共享的资源如打印机、公用队列的等,其数目不足以满足诸进程的需要时,会引起诸进程对资源的竞争而产生死锁。

2.进程运行推进顺序不当引起死锁

● 进程推进顺序合法

  当进程P1和P2并发执行时,如果按照下述顺序推进:P1:Request(R1); P1:Request(R2); P1: Relese(R1);P1: Relese(R2); P2:Request(R2); P2:Request(R1); P2: Relese(R2);P2: Relese(R1);这两个进程便可顺利完成,这种不会引起进程死锁的推进顺序是合法的。

● 进程推进顺序非法

  若P1保持了资源R1,P2保持了资源R2,系统处于不安全状态,因为这两个进程再向前推进,便可能发生死锁。例如,当P1运行到P1:Request(R2)时,将因R2已被P2占用而阻塞;当P2运行到P2:Request(R1)时,也将因R1已被P1占用而阻塞,于是发生进程死锁。

产生死锁的四个必要条件:

● 互斥条件:指进程对所分配到的资源进行排它性使用,即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源,则请求者只能等待,直至占有资源的进程用毕释放。

● 请求与保持条件: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 已被其他进程占有,此时请求进程被阻塞,但对自己已获得的资源保持不放。

● 不可剥夺条件:进程所获得的资源在未使用完毕之前,不能被其他进程强行夺走,即只能 由获得该资源的进程自己来释放(只能是主动释放)。

● 循环等待条件:指在发生死锁时,必然存在一个进程——资源的环形链,即进程集合{P0,P1,P2,···,Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源;P1正在等待P2占用的资源,……,Pn正在等待已被P0占用的资源。

  这四个条件是死锁的必要条件,只要系统发生死锁,这些条件必然成立,而只要上述条件之一不满足,就不会发生死锁。

死锁的避免与预防

死锁避免的基本思想:系统对进程发出每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查,并根据检查结果决定是否分配资源,如果分配后系统可能发生死锁,则不予分配,否则予以分配。这是一种保证系统不进入死锁状态的动态策略。

  理解了死锁的原因,尤其是产生死锁的四个必要条件,就可以最大可能地避免、预防和解除死锁。只要打破四个必要条件之一就能有效预防死锁的发生:

● 打破互斥条件:改造独占性资源为虚拟资源,大部分资源已无法改造。

● 打破不可抢占条件:当一进程占有一独占性资源后又申请一独占性资源而无法满足,则退出原占有的资源。

● 打破占有且申请条件:采用资源预先分配策略,即进程运行前申请全部资源,满足则运行,不然就等待,这样就不会占有且申请。

● 打破循环等待条件:实现资源有序分配策略,对所有设备实现分类编号,所有进程只能采用按序号递增的形式申请资源。

死锁避免和死锁预防的区别:

  死锁预防是设法至少破坏产生死锁的四个必要条件之一,严格的防止死锁的出现;而死锁避免则不那么严格的限制产生死锁的必要条件的存在,因为即使死锁的必要条件存在,也不一定发生死锁。死锁避免是在系统运行过程中注意避免死锁的最终发生。

实例演示

下面通过一个例子对安全状态和不安全状态进行更深的了解 :

  如上图所示系统处于安全状态,系统剩余3个资源,可以把其中的2个分配给P3,此时P3已经获得了所有的资源,执行完毕后还能还给系统4个资源,此时系统剩余5个资源所以满足(P2所需的资源不超过系统当前剩余量与P3当前占有资源量之和),同理P1也可以在P2执行完毕后获得自己需要的资源。    如果P1提出再申请一个资源的要求,系统从剩余的资源中分配一个给进程P1,此时系统剩余2个资源,新的状态图如下:那么是否仍是安全序列呢那我们来分析一下 

  系统当前剩余2个资源,分配给P3后P3执行完毕还给系统4个资源,但是P2需要5个资源,P1需要6个资源,他们都无法获得资源执行完成,因此找不到一个安全序列。此时系统转到了不安全状态。

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