操做系統之進程管理（3）——進程死鎖

進程管理之進程死鎖

進程管理（Course 4）

1、死鎖的概念

一、死鎖定義

【死鎖】是指各併發進程互相等待對方所擁有的資源，且這些併發進程在獲得對方的資源以前不會釋放本身所擁有的資源（排除管理干預）。從而形成你們都想獲得資源而又都得不到資源，各併發進程不能繼續向前推動的狀態。（以下圖）

通常地，能夠把死鎖描述爲：有併發進程P₁，P₂，……，P_n，它們共享資源R₁，R₂，……，R_m（n>0, m>0, n>=m）。其中，每一個P_i（1<=i<=n）擁有資源R_j（1<=j<=m），直到再也不有剩餘資源。同時，各P_i在又不釋放R_j的前提下要求獲得R_k（k不等於j，1<=k<=m），從而形成資源的互相佔用和互相等待。在沒有外力的驅動的狀況下，該組併發進程中止往前推動，陷入永久等待狀態。

二、死鎖的原由

死鎖的原由是併發進程的資源競爭，而計算機的資源又是有限的，不可能無限制的給每一個進程提供資源。

三、產生死鎖的四個必要條件

1. 互斥條件。併發進程所要求和佔有的資源是不能同時被兩個以上的進程使用或操做的，進程對它所須要的資源進行排他性控制。
2. 不可剝奪條件。進程所得到的資源在未使用完畢以前，不能被其餘進程強行剝奪，而只能有得到該資源的進程本身釋放。
3. 部分分配。進程每次申請它所須要的一部分資源，在等待新資源的同時，繼續佔用已分配到的資源。
4. 環路條件。存在一種進程循環鏈，鏈中每個進程已得到的資源同時被下一個進程所請求。

死鎖破除：只要上述四個條件中的任意一個條件被破壞，死鎖便可破除。

2、死鎖的消除方法

解決死鎖的方法通常可分爲預防、避免、檢測與恢復3種。

一、死鎖預防

預防是採用某種策略限制併發進程對資源的請求。（靜態策略）
（1）打破資源的互斥和不可剝奪這兩個條件。例如容許進程同時訪問某些資源。（缺點？）
（2）打破資源的部分分配這個死鎖產生的必要條件。即預先分配各併發進程所須要的所有資源。若是某個進程的資源得不到知足的時候，則安排必定的等待次序讓其餘進程釋放資源。（缺點？）
（3）打破死鎖的環路條件。即把資源按順序排列，使進程在申請、保持資源時不造成環路。若有m種資源，則列出R₁ < R₂ < …… < R_m。若進程P_i保持了資源R_i，則它只能申請比R_i級別更高的資源R_j（R_i < R_j）。釋放資源時必須是R_j先於R_i被釋放，從而避免環路的產生。這中方法的缺點是限制了進程對資源的請求，並且對資源的分類編序也耗去必定的系統開銷。

二、死鎖避免（動態預防）

在系統動態分配資源的過程當中預測出死鎖發生的可能性並加以免。
一種基本模式是把進程分爲多個步，其中每一個步所使用的資源是固定的，且在一個步內，進程所保持的資源數不變。即進程的資源請求、使用與釋放要依靠不一樣的步完成。
死鎖避免須要佔據較大的系統開銷。

三、死鎖檢測和恢復

當進程進行資源請求時，死鎖檢測算法檢查併發進程組是否構成資源的請求和保持環路。（有限狀態轉移圖、PetriNet等技術均可有效的判斷死鎖發生）。死鎖的恢復辦法較多，最簡單的是終止各鎖住的進程，或按必定的順序停止進程序列，直至已釋放的資源足夠剩下的進程執行結束爲止。另外，也可從被鎖住的進程強行剝奪資源打破不可剝奪條件解除死鎖。