本章考核知識(shí)點(diǎn) :1、死鎖的產(chǎn)生 2、死鎖的防止 3、死鎖的避免4、死鎖的檢測(cè)
本章自學(xué)要求 :理解“死鎖”影響系統(tǒng)的可靠性。死鎖的產(chǎn)生與進(jìn)程對(duì)資源的需求、進(jìn)程的執(zhí)行速度、資源的分配策略有關(guān)。系統(tǒng)應(yīng)采用一定的策略實(shí)現(xiàn)資源分配以保證系統(tǒng)的安全。
本章重點(diǎn)是 :死鎖的 防止 和 避免 .
一、死鎖的產(chǎn)生( 領(lǐng)會(huì) )
話說狼GG和狼MM面對(duì)面走上一根獨(dú)木橋。
狼GG說:呵呵,小MM,我已經(jīng)占領(lǐng)了這座橋的一半,你不如退出去讓我先過去吧。
狼MM說,哼哼,老兄,我也占了這座橋的一半,你咋不讓給我?
狼GG和狼MM互不相讓,都在等對(duì)方先讓步。結(jié)果兩個(gè)都過不了河。等著獵人來處理后事了。
1、什么叫 死鎖 : 若系統(tǒng)中存在一組進(jìn)程(兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程),它們中的每一個(gè)進(jìn)程都占用了某種資源而又都在等待其中另一個(gè)進(jìn)程所占用的資源,這種等待永遠(yuǎn)不能結(jié)束,則說系統(tǒng)出現(xiàn)了“死鎖”?;蛘f這組進(jìn)程處于“死鎖”狀態(tài)。
2、引起死鎖的因素:死鎖的出現(xiàn)除了與資源的分配策略有關(guān)外,也與并發(fā)進(jìn)程的執(zhí)行速度有關(guān),即操作系統(tǒng)對(duì)資源管理不得當(dāng)或沒有顧及進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行時(shí)可能出現(xiàn)的情況,則就可能形成死鎖。
二、死鎖的防止( 簡(jiǎn)單應(yīng)用 ) 我們把橋的一半看作一個(gè)資源的話,那么,當(dāng)狼MM占用了其中一個(gè)資源后,狼GG就只好等待了。
狼GG狼MM各自占有了一段資源又在等另外的資源,又不肯放棄自己占有的資源。
他們又不能把對(duì)方踢下河去,把另一段資源搶過來自己用。
只好互相等待了。
這4個(gè)條件是必要條件而不是充分條件,意思是,只要發(fā)生死鎖,那么這四個(gè)條件必然都成立。反之則不然,有時(shí)候即使四個(gè)條件都滿足,那也不一定發(fā)生死鎖。(從資源分配圖中可以分析得到,即使形成循環(huán)等待資源,也不一定形成死鎖。)
1、系統(tǒng)出現(xiàn)死鎖必然同時(shí)保持的四個(gè)必要條件:
1)互斥使用資源
2)占有并等待資源
3)不可搶奪資源
4)循環(huán)等待資源
2、死鎖的 防止策略 :要防止死鎖形成,只要采用的資源分配策略能使上述4個(gè)條件中有一個(gè)條件不成立就可以了。
1)破壞互斥使用資源的條件經(jīng)常是行不通的。因?yàn)橘Y源本身特性就是互斥使用的。
2)要破壞“占有并等待條件”則可以采取兩種辦法: 靜態(tài)分配 和 釋放已占資源 .
靜態(tài)分配 也稱為 預(yù)分配資源 ,要求每一個(gè)進(jìn)程在開始執(zhí)行前就申請(qǐng)它所需要的全部資源,僅當(dāng)系統(tǒng)能滿足進(jìn)程的資源申請(qǐng)要求且把資源分配給進(jìn)程后,該進(jìn)程才能開始執(zhí)行。
釋放已占資源 就是指進(jìn)程申請(qǐng)資源時(shí)必須沒有占用資源,如果已經(jīng)占用了資源就要先歸還所占的資源再申請(qǐng)。
3)實(shí)現(xiàn) 可搶奪式分配 :如果一個(gè)進(jìn)程已經(jīng)占有了某些資源又要申請(qǐng)新資源,而新資源不能滿足(已被其它進(jìn)程占用)必須等待時(shí),系統(tǒng)可以搶奪該進(jìn)程已占有的資源。
4)實(shí)現(xiàn) 按序分配 :把系統(tǒng)中所有資源排一個(gè)順序,對(duì)每一個(gè)資源給一個(gè)確定的編號(hào),規(guī)定任何一個(gè)進(jìn)程申請(qǐng)兩個(gè)以上的資源時(shí),總是先申請(qǐng)編號(hào)小的資源,再申請(qǐng)編號(hào)大的資源。
三、死鎖的避免( 簡(jiǎn)單應(yīng)用 ) 死鎖的避免不同于死鎖的防止,死鎖的防止是采用某種分配策略后,系統(tǒng)就不會(huì)產(chǎn)生死鎖,這好比是你打過了某種預(yù)防針,再也不會(huì)得那種病。而死鎖的避免是沒有打預(yù)防針,但是通過其他辦法,避免得病。因此有“安全狀態(tài)”的說法,對(duì)應(yīng)的,當(dāng)然也有不安全狀態(tài)。就像人都有得病的可能,不必任何病都打預(yù)防針。只要注意防病,仍然可以安全健康的生活。
1、 安全狀態(tài) :如果操作系統(tǒng)能保證所有的進(jìn)程在 有限的時(shí)間 內(nèi)得到需要的 全部資源 ,則稱系統(tǒng)處于“安全狀態(tài)”。
2、區(qū)分死鎖的 避免 與死鎖的 防止 :當(dāng)采用了防止死鎖的資源分配策略后,系統(tǒng)中就不會(huì)形成死鎖。但是可以防止死鎖的資源分配策略中,有的只適用于對(duì)某些資源的分配,有的會(huì)影響資源的使用效率。這時(shí)可用使用死鎖的避免。
死鎖的避免是解決死鎖的另一種方法,它不同于死鎖的防止。在系統(tǒng)中不采用防止死鎖的資源分配策略,而是估計(jì)到可能有死鎖發(fā)生時(shí)避免死鎖的發(fā)生。
3、銀行算法是怎樣避免死鎖的:
銀行家算法是這樣的:
1)當(dāng)一個(gè)用戶對(duì)資金的最大的需求量不超過銀行家現(xiàn)有的資金時(shí)就可以接納該用戶。
2)用戶可以分期貸款,但貸款的總數(shù)不能超過最大需求量。
3)當(dāng)銀行家現(xiàn)有的資金不能滿足用戶的尚需貸款時(shí),對(duì)用戶的貸款可推遲支付,但總能使用戶在有限的時(shí)間里得到貸款。
4)當(dāng)用戶得到所需的全部資金后,一定能在有限的時(shí)間里歸還所有資金。
我們把操作系統(tǒng)看作是銀行家,操作系統(tǒng)管理的資源相當(dāng)于是銀行家管理的資金,則銀行家算法就是:
1)當(dāng)一個(gè)進(jìn)程首次申請(qǐng)資源時(shí),測(cè)試該進(jìn)程對(duì)資源的最大的需求量,如果不超過系統(tǒng)現(xiàn)存資源時(shí)就可以按他的當(dāng)前申請(qǐng)量為其分配資源。 否則推遲分配。
2)進(jìn)程執(zhí)行中繼續(xù)申請(qǐng)資源時(shí),測(cè)試該進(jìn)程占用資源和本次申請(qǐng)資源總數(shù)有沒有超過最大需求量。超過就不分配,沒超過則再測(cè)試現(xiàn)存資源是否滿足進(jìn)程還需要的最大資源量,滿足則按當(dāng)前申請(qǐng)量分配,否則也推遲分配。
總之,銀行家算法要保證分配資源時(shí)系統(tǒng)現(xiàn)存資源一定能滿足至少一個(gè)進(jìn)程所需的全部資源。這樣就可以保證所有進(jìn)程都能在有限時(shí)間內(nèi)得到需要的全部資源。這就是安全狀態(tài)。
(銀行家算法在操作系統(tǒng)的實(shí)踐考試中可能會(huì)用到)
四、死鎖的檢測(cè)( 領(lǐng)會(huì) ) 死鎖的檢測(cè)
就是既不打預(yù)防針,也不去避免得病,而是經(jīng)常去體檢,如果發(fā)現(xiàn)有病了就治療。這是一種事后解決的辦法,也算是解決死鎖問題的一條途徑。但這畢竟要付出較大代價(jià)。
1、什么是 死鎖的檢測(cè) :對(duì)資源的申請(qǐng)和分配不加限制,只要有剩余的資源就可把資源分配給申請(qǐng)者。這樣可能會(huì)出現(xiàn)死鎖,系統(tǒng)定時(shí)運(yùn)行一個(gè)“死鎖檢測(cè)程序”,如果檢測(cè)到死鎖發(fā)生,則必須先解除死鎖再繼續(xù)工作。
2、怎樣實(shí)現(xiàn)死鎖的檢測(cè):1、每個(gè)資源當(dāng)用中只有一個(gè)資源2、資源類中含有若干個(gè)資源。
3、 死鎖的解除 :一般采用兩種方式來解除死鎖,一種是終止一個(gè)或幾個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行以破壞循環(huán)等待;另一種是從涉及死鎖的進(jìn)程中搶奪資源。
檢測(cè)死鎖和解除死鎖都要付出很大代價(jià)。所以用死鎖檢測(cè)的方法解決死鎖問題只適用于 不經(jīng)常發(fā)生死鎖 的系統(tǒng)中。