死锁产生的原因、必要条件和场景解析·

死锁是是进程死锁的简称,指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局,当进程处于这种僵持状态时,若无外力作用,它们都将无法再向前推进。它是计算机操作系统乃至并发程序设计中最难处理的问题之一。

举个简单的例子,系统中只有一台CD-ROM驱动器和一台打印机,某一个进程占有了CD-ROM驱动器,又申请打印机;另一进程占有了打印机,还申请CD-ROM。结果,两个进程都被阻塞,永远也不能自行解除。这就是死锁。

产生死锁的主要原因有三点:

(一)系统资源不足;

(二)进程运行推进的顺序不对;

(三)系统资源分配不当。

很容易能看出来上述例子出现死锁的原因就是资源的分配不当。如果系统资源充足,进程的资源请求都能够得到满足,死锁出现的可能性就很低,否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁。此外·,进程运行推进顺序与速度不同,也可能产生死锁。

产生死锁有四个必要条件:

(一)互斥条件:一个资源一次只能被一个进程访问。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。

(二)请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。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。

(三)不剥夺条件:进程已经获得的资源,在未使用完之前不能强行剥夺,而只能由该资源的占有者进程自行释放。

(四)循环等待条件:若干资源形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

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。这就为我们解决死锁问题提供了可能。一般地,解决死锁的方法分为死锁的预防,避免,检测与恢复三种(注意:死锁的检测与恢复是一个方法)。

死锁的预防>>

死锁的预防是保证系统不进入死锁状态的一种策略。它的基本思想是要求进程申请资源时遵循某种协议,从而打破产生死锁的四个必要条件中的一个或几个,保证系统不会进入死锁状态。

(一)打破互斥条件:即允许进程同时访问某些资源。但是由于某些资源不允许被同时访问,所以这种方法在实际中应用不大。

(二)打破不剥夺条件:即允许进程从占有者占有的资源中强行剥夺一些资源。也就是说当一个进程占有了一些资源,它又去申请新的资源,但不能立即被满足它必须释放所占有的资源,等到以后再重新申请。它所释放的资源可以分配给其它进程。这就相当于该进程占有的资源被隐蔽地强占了。这种预防死锁的方法实现起来困难,会降低系统性能。

(三)打破请求与保持条件:可以实行资源预先分配策略。即进程在运行前一次性地向系统申请它所需要的全部资源。如果某个进程所需的全部资源得不到满足,则不分配任何资源,此进程暂不运行。只有当系统能够满足当前进程的全部资源需求时,才一次性地将所申请的资源全部分配给该进程。由于运行的进程已占有了它所需的全部资源,所以不会发生占有资源又申请资源的现象,因此不会发生死锁。但是在许多情况下,一个进程在执行之前不可能知道它所需要的全部资源。这是由于进程在执行时是动态的,不可预测的;而且资源利用率低。无论所分资源何时用到,一个进程只有在占有所需的全部资源后才能执行。即使有些资源最后才被该进程用到一次,但该进程在生存期间却一直占有它们,造成长期占着不用的状况。这显然是一种极大的资源浪费;降低了进程的并发性。因为资源有限,又加上存在浪费,能分配到所需全部资源的进程个数就必然少了。

(四)打破循环等待条件:实行资源有序分配策略。采用这种策略,即把资源事先分类编号,按号分配,使进程在申请,占用资源时不会形成环路。所有进程对资源的请求必须严格按资源序号递增的顺序提出。进程占用了小号资源,才能申请大号资源,就不会产生环路,从而预防了死锁。这种策略与前面的策略相比,资源的利用率和系统吞吐量都有很大提高,但是也存在缺点:即限制了进程对资源的请求,同时给系统中所有资源合理编号也是件困难事,并增加了系统开销;为了遵循按编号申请的次序,暂不使用的资源也需要提前申请,从而增加了进程对资源的占用时间。

死锁的避免>>

死锁的避免,它不限制进程有关申请资源的命令,而是对进程所发出的每一个申请资源命令加以动态地检查,并根据检查结果决定是否进行资源分配。就是说,在资源分配过程中若预测有发生死锁的可能性,则加以避免。这种方法的关键是确定资源分配的安全性。

死锁的检测与恢复>>

一般来说,由于操作系统有并发,共享以及随机性等特点,通过预防和避免的手段达到排除死锁的目的是很困难的。这需要较大的系统开销,而且不能充分利用资源。为此,一种简便的方法是系统为进程分配资源时,不采取任何限制性措施,但是提供了检测和解脱死锁的手段:能发现死锁并从死锁状态中恢复出来。因此,在实际的操作系统中往往采用死锁的检测与恢复方法来排除死锁。

死锁检测与恢复是指系统设有专门的机构,当死锁发生时,该机构能够检测到死锁发生的位置和原因,并能通过外力破坏死锁发生的必要条件,从而使得并发进程从死锁状态中恢复出来。

时间: 2024-10-10 23:37:27

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