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死锁产生的条件及其预防

news 来源：原创 2024/5/3 8:46:51

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死锁概念
死锁产生的原因
- 举个栗子：
死锁产生的条件
死锁的预防

死锁概念

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。

例如下面死锁的伪代码：

mutex; // 代表一个全局互斥对象 

void A() { 
    mutex.lock(); 	// 这里操作共享数据 
    B(); 			// 这里调用B方法
    mutex.unlock(); 
    return;
}

void B() { 
    mutex.lock(); 	// 这里操作共享数据
    A();
    mutex.unlock();
    return; 
}

死锁产生的原因

先来看两个概念：可抢占资源和不可抢占资源

可抢占资源：指某进程在获得这类资源后，该资源可以再被其他进程或系统抢占。对于这类资源是不会引起死锁的。CPU 和主存均属于可抢占性资源。
不可抢占资源：一旦系统把某资源分配给该进程后，就不能将它强行收回，只能在进程用完后自行释放。磁带机、打印机等属于不可抢占性资源

结合上面的概念我们可以看到其中“竞争资源”就是指的竞争的是不可抢占式资源。其实死锁原因的中心还是因为这类资源，主要有下面三个原因：

因为系统的资源不足，不能满足进程的资源请求，会导致多个线程同时争夺一个资源
进程运行推进的顺序不合适
资源分配不当，有的进程资源分配太少，会因为争夺资源而陷入死锁

举个栗子：

竞争这种不可抢占资源引起死锁如：共享文件时引起死锁系统中拥有两个进程P1和P2，它们都准备写两个文件F1和F2。而这两者都属于可重用和不可抢占性资源。

在这里插入图片描述

如果进程P1在打开F1的同时，P2进程打开F2文件，当P1想打开F2时由于F2已结被占用而阻塞，当P2想打开1时由于F1已结被占用而阻塞，此时就会无线等待下去，形成死锁。进程推进顺序不当时也会引起死锁。

死锁产生的条件

如果在计算机系统中同时具备下面四个必要条件时，那么会发生死锁。换句话说，只要下面四个条件有一个不具备，系统就不会出现死锁。

互斥条件。即某个资源在一段时间内只能由一个进程占有，不能同时被两个或两个以上的进程占有。

这种独占资源如CD-ROM驱动器，打印机等等，必须在占有该资源的进程主动释放它之后，其它进程才能占有该资源。这是由资源本身的属性所决定的。如独木桥就是一种独占资源，两方的人不能同时过桥。
不剥夺条件。进程所获得的资源在未使用完毕之前，资源申请者不能强行地从资源占有者手中夺取
资源，而只能由该资源的占有者进程自行释放。

如过独木桥的人不能强迫对方后退，也不能非法地将对方推下桥，必须是桥上的人自己过桥后空出桥面（即主动释放占有资源），对方的人才能过桥。
请求与保持条件。进程至少已经占有一个资源，但又申请新的资源；由于该资源已被另外进程占
有，此时该进程阻塞；但是，它在等待新资源之时，仍继续占用已占有的资源。

还以过独木桥为例，甲乙两人在桥上相遇。甲走过一段桥面（即占有了一些资源），还需要走其余的桥面（申请新的资源），但那部分桥面被乙占有（乙走过一段桥面）。甲过不去，前进不能，又不后退；乙也处于同样的状况。
循环等待条件。存在一个进程等待序列{P1，P2，…，Pn}，其中P1等待P2所占有的某一资源，P2等待P3所占有的某一源，…，而Pn等待P1所占有的的某一资源，形成一个进程循环等待环。

就像前面的过独木桥问题，甲等待乙占有的桥面，而乙又等待甲占有的桥面，从而彼此循环等待。

上面提到的这四个条件在死锁时会同时发生。也就是说，只要有一个必要条件不满足，则死锁就可以排除。

死锁的预防

我们可以通过破坏死锁产生的4个必要条件来预防死锁，由于资源互斥是资源使用的固有特性是无法改变的。

破坏“不可剥夺”条件：一个进程不能获得所需要的全部资源时便处于等待状态，等待期间他占有的资源将被隐式的释放重新加入到系统的资源列表中，可以被其他的进程使用，而等待的进程只有重新获得自己原有的资源以及新申请的资源才可以重新启动，执行。
破坏”请求与保持条件“：
- 第一种方法静态分配即每个进程在开始执行时就申请他所需要的全部资源。
- 第二种是动态分配即每个进程在申请所需要的资源时他本身不占用系统资源。
破坏“循环等待”条件：采用资源有序分配其基本思想是将系统中的所有资源顺序编号，将紧缺的，稀少的采用较大的编号，在申请资源时必须按照编号的顺序进行，一个进程只有获得较小编号的进程才能申请较大编号的进程。