死鎖產生的四個必要條件及如何避免死鎖

在多道程序系統中，因爲多個進程的併發執行，改善了系統資源的利用率並提升了系統 的處理能力。然而，多個進程的併發執行也帶來了新的問題——死鎖。所謂死鎖是指多個進程因競爭資源而形成的一種僵局（互相等待），若無外力做用，這些進程都將沒法向前推動。

死鎖產生的緣由

1) 系統資源的競爭

一般系統中擁有的不可剝奪資源，其數量不足以知足多個進程運行的須要，使得進程在 運行過程當中，會因爭奪資源而陷入僵局，如磁帶機、打印機等。只有對不可剝奪資源的競爭 纔可能產生死鎖，對可剝奪資源的競爭是不會引發死鎖的。

2) 進程推動順序非法

進程在運行過程當中，請求和釋放資源的順序不當，也一樣會致使死鎖。例如，併發進程 P一、P2分別保持了資源R一、R2，而進程P1申請資源R2，進程P2申請資源R1時，二者都 會由於所需資源被佔用而阻塞。

信號量使用不當也會形成死鎖。進程間彼此相互等待對方發來的消息，結果也會使得這 些進程間沒法繼續向前推動。例如，進程A等待進程B發的消息，進程B又在等待進程A 發的消息，能夠看出進程A和B不是由於競爭同一資源，而是在等待對方的資源致使死鎖。

3) 死鎖產生的必要條件

產生死鎖必須同時知足如下四個條件，只要其中任一條件不成立，死鎖就不會發生。

• 互斥條件：進程要求對所分配的資源（如打印機）進行排他性控制，即在一段時間內某 資源僅爲一個進程所佔有。此時如有其餘進程請求該資源，則請求進程只能等待。

• 不剝奪條件：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奪走，即只能 由得到該資源的進程本身來釋放（只能是主動釋放)。

• 請求和保持條件：進程已經保持了至少一個資源，但又提出了新的資源請求，而該資源 已被其餘進程佔有，此時請求進程被阻塞，但對本身已得到的資源保持不放。

• 循環等待條件：存在一種進程資源的循環等待鏈，鏈中每個進程已得到的資源同時被 鏈中下一個進程所請求。即存在一個處於等待狀態的進程集合{Pl, P2, ..., pn}，其中Pi等 待的資源被P(i+1)佔有（i=0, 1, ..., n-1)，Pn等待的資源被P0佔有，如圖2-15所示。

1) 預防死鎖

　　這是一種較簡單和直觀的事先預防的方法。方法是經過設置某些限制條件，去破壞產生死鎖的四個必要條件中的一個或者幾個，來預防發生死鎖。預防死鎖是一種較易實現的方法，已被普遍使用。可是因爲所施加的限制條件每每太嚴格，可能會致使系統資源利用率和系統吞吐量下降。

2) 避免死鎖

　　該方法一樣是屬於事先預防的策略，但它並不須事先採起各類限制措施去破壞產生死鎖的的四個必要條件，而是在資源的動態分配過程當中，用某種方法去防止系統進入不安全狀態，從而避免發生死鎖。

3)檢測死鎖

　　這種方法並不須事先採起任何限制性措施，也沒必要檢查系統是否已經進入不安全區，此方法容許系統在運行過程當中發生死鎖。但可經過系統所設置的檢測機構，及時地檢測出死鎖的發生，並精確地肯定與死鎖有關的進程和資源，而後採起適當措施，從系統中將已發生的死鎖清除掉。

4)解除死鎖

　 　這是與檢測死鎖相配套的一種措施。當檢測到系統中已發生死鎖時，須將進程從死鎖狀態中解脫出來。經常使用的實施方法是撤銷或掛起一些進程，以便回收一些資 源，再將這些資源分配給已處於阻塞狀態的進程，使之轉爲就緒狀態，以繼續運行。死鎖的檢測和解除措施，有可能使系統得到較好的資源利用率和吞吐量，但在實現上難度也最大。