计算机操作系统基础 (七)--- 作业管理之死锁

发布于: 2020 年 06 月 30 日
计算机操作系统基础(七)---作业管理之死锁

引言

本文为第七篇,作业管理之死锁,死锁是计算机操作系统中非常重要的概念,本文主要介绍什么是死锁以及如何解决死锁

死锁

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

举个例子:

如果这四辆汽车按照如图的方向行驶,堵在十字路口,相互之间没有退让的话,这四辆汽车就形成了死锁。

死锁的产生

  • 竞争资源

  • 进程调度顺序不当

竞争资源

为什么会出现竞争资源?

  • 共享资源数量不满足各个进程的需求

  • 各个进程之间发生资源竞争导致死锁

举例:

假设有两个进程:进程1和进程2,进程1需要使用传真机,并且已经获取到了传真机资源。进程2需要获取打印机,并且也获取到了。如果此时进程2还需要传真机的时候,或者进程1还需要打印机的时候,他们都需要等待请求的资源被释放,但他们相互之间所占用的资源又不会被释放,因此就造成了死锁的产生,这个就是由于竞争资源而产生的死锁。如果此时多一个传真机或者打印机资源,就不会出现死锁,本质还是因为资源不够

进程调度顺序不当

还是以上边的进程1和进程2为例,假设进程1申请传真机资源为步骤A,进程2申请打印机资源为步骤B,进程2申请传真机资源为步骤C,进程1申请打印机资源为步骤D。如果这两个进程按照A、B、C、D的顺序申请资源,就会产生死锁。如果程序可以把调度顺序改为A、D、B、C,这个时候就不会出现死锁的情况。因为当进程1先获得了传真机资源,然后在获取打印机资源,完成它的工作之后,进程1就会释放这两个资源。这个时候进程2就可以获得打印机和传真机资源了。这个就是因为进程调度顺序不当导致死锁的产生

死锁的四个必要条件

  • 互斥条件

  • 请求保持条件

  • 不可剥夺条件

  • 环路等待条件

如果只满足上边的一个或两个的话,不会产生死锁

互斥条件

  • 进程对资源的使用是排他性的使用

  • 某个资源只能由一个进程使用,其它需要使用该资源的进程只能等待,等待资源被释放

请求保持条件

  • 进程至少持有一个资源,又提出新的资源请求

  • 新资源被占用,请求被阻塞

  • 被阻塞的进程不释放自己所持有的资源

不可剥夺条件

  • 进程获得的资源在未完成使用前不能被剥夺(程序或操作系统均不可)

  • 获得的资源只能由进程自身释放

环路等待条件

发生死锁时,必然存在进程-资源环形链

P为进程,R为资源

死锁的处理

预防死锁的方法

前边提到了死锁的四个必要条件,只要破坏其中的一个或多个条件,就可以避免死锁的出现

破坏请求保持条件

  • 系统规定进程运行之前,一次性申请所有需要的资源

  • 进程在运行期间不会提出资源请求,从而摒弃请求保持条件。也就不可能会因为在运行的时候请求资源而导致等待的情况

破坏不可剥夺条件

  • 当一个进程请求新的资源得不到满足时,必须释放占有的资源

  • 进程运行时占有的资源可以被释放,意味着可以被剥夺

破坏环路等待条件

  • 可用资源线性排序,申请必须按照需要递增申请

  • 线性申请不再形成环路,从而摒弃了环路等待条件

假设有A、B、C、D、E这五个资源,按照线性顺序将他们排起来,假设有一个进程需要A和D这两个资源的时候,它必须先申请A,才能申请D,这样就是线性申请

银行家算法

银行家算法是一个可操作的著名的避免死锁的算法,以银行借贷系统分配策略为基础的算法

  • 假设客户申请的贷款是有限的,每次申请需要声明最大资金量

  • 银行家在能满足贷款时,都应该给客户贷款

  • 客户在使用贷款后,能够及时归还贷款

上边是银行家算法策略的一个基础,下边是具体过程:

这个算法要求有三个数据结构,分别是已分配资源表、*所需资源表*、可分配资源表

A、B、C、D为可申请的共享资源,P1、P2、P3、P4为需要申请资源的四个进程

已分配资源表

表中的数值表示的是每个进程它当前拥有的资源(如P1进程已分配了1个C资源和4个D资源)

所需资源表

表中的数值表示的是每个进程所需要各个资源的数量(如P1进程需要6个B资源、5个C资源和6个D资源)

可分配资源表

表中的数值表示的是系统里边还剩下的各种类型资源的数量

有了上边的几个数据结构的表格,就可以进行真实的演练了

(1)所需资源表已分配资源表

这两个数据结构相减,得到还需分配资源表,然后将还需分配资源表和可分配资源表进行对比

我们会发现,可分配资源表,不满足进程P1的需求,因为P1进程需要6个B资源、4个C资源、2个D资源,而可用的A、B、C、D资源分别只有1、5、2、0个,因此不满足进程PA的需求。后边的P2、P3、P4使用同样的方法对比可发现,可分配资源表中的资源满足P2的需求,不满足P1、P3、P4的需求。因此,系统会把可分配的资源全部分发给P2,那么这个P2进程就可以继续的执行下去,等P2执行完之后,再归还所有的资源,归还之后,又可以将新的资源分配给别的进程。这个就是银行家算法。(P1、P2、P3、P4可以看做贷款的人,数字代表贷款的钱)

在快速变化的技术中寻找不变,才是一个技术人的核心竞争力。知行合一,理论结合实践

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