死鎖常見的題目

定義

所謂死鎖，是指多個進(jìn)程循環(huán)等待它方占有的資源而無限期地僵持下去的局面。死鎖是指兩個或兩個以上的進(jìn)程在執(zhí)行過程中，由于競爭資源或者由于彼此通信而造成的一種阻塞的現(xiàn)象，若無外力作用，它們都將無法推進(jìn)下去。此時稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生了死鎖，這些永遠(yuǎn)在互相等待的進(jìn)程稱為死鎖進(jìn)程。

產(chǎn)生死鎖的必要條件

• 互斥條件：指進(jìn)程對所分配到的資源進(jìn)行排它性使用，即在一段時間內(nèi)某資源只由一個進(jìn)程占用。如果此時還有其它進(jìn)程請求資源，則請求者只能等待，直至占有資源的進(jìn)程用畢釋放。

• 請求和保持條件：指進(jìn)程已經(jīng)保持至少一個資源，但又提出了新的資源請求，而該資源已被其它進(jìn)程占有，此時請求進(jìn)程阻塞，但又對自己已獲得的其它資源保持不放。

• 不剝奪條件：指進(jìn)程已獲得的資源，在未使用完之前，不能被剝奪，只能在使用完時由自己釋放。

• 環(huán)路等待條件：指在發(fā)生死鎖時，必然存在一個進(jìn)程——資源的環(huán)形鏈，即進(jìn)程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一個P1占用的資源；P1正在等待P2占用的資源，……，Pn正在等待已被P0占用的資源。

常見死鎖相關(guān)算法

銀行家算法：避免死鎖
資源有序分配法：預(yù)防死鎖
資源分配圖化簡法：檢測死鎖
撤銷進(jìn)程法：解決死鎖

銀行家算法

算法思想

銀行家算法：銀行家算法是從當(dāng)前狀態(tài)出發(fā)，按照系統(tǒng)各類資源剩余量逐個檢查各進(jìn)程需要申請的資源量，找到一個各類資源申請量均小于等于系統(tǒng)剩余資源量的進(jìn)程P1。然后分配給該P(yáng)1進(jìn)程所請求的資源，假定P1完成工作后歸還其占有的所有資源，更新系統(tǒng)剩余資源狀態(tài)并且移除進(jìn)程列表中的P1，進(jìn)而檢查下一個能完成工作的客戶，......。如果所有客戶都能完成工作，則找到一個安全序列，銀行家才是安全的。若找不到這樣的安全序列，則當(dāng)前狀態(tài)不安全。

相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1. 可利用資源向量Available。這是一個含有m個元素的數(shù)組，其中的而每一個元素代表一類可利用資源數(shù)目，其初始值是系統(tǒng)中所配置的該類全部可用資源的數(shù)目，其數(shù)值隨該類資源的分配和回收而動態(tài)的改變。如果Available[j]=K,則表示系統(tǒng)中現(xiàn)有Rj類資源K個。

2. 最大需求矩陣Max。這是一個n*m的矩陣，它定義了系統(tǒng)中n個進(jìn)程中的每一個進(jìn)程對m類資源的最大需求。如果Max[i,j]=K；則表示進(jìn)程i需要Rj類資源的最大數(shù)目為K。

3. 分配矩陣Allocation。這也是一個n*m的矩陣，它定義了系統(tǒng)中每一類資源當(dāng)前已分配給每一進(jìn)程的資源數(shù)。如果Allocation[i,j]=K，則表示進(jìn)程i當(dāng)前已分得Rj類資源的數(shù)目為K。

4. 需求矩陣Need。這也是一個n*m的矩陣，用以表示每一個進(jìn)程尚需的各類資源數(shù)。如果Need[i,j]=K,則表示進(jìn)程i還需要Rj類資源K個，方能完成任務(wù)。

   上述三個矩陣間存在下述關(guān)系：Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]

例子

銀行家算法實例

死鎖的算法實現(xiàn)

// 避免死鎖銀行家算法的C++ 編程實現(xiàn)  
  
#include<iostream>  
using namespace std;  
  
// p 進(jìn)程數(shù)，r 資源種類  
#define p 4  
#define r 3  
  
  
/*-----------------------------------------------*/    
/*輸入函數(shù)*/    
/*-----------------------------------------------*/  
//a-max,b-allocation,c-need,d-available  
void input(int a[p][r],int b[p][r],int c[p][r],int d[r])  
{  
    int i,j;  
    cout<<"* input max data:\n";  
    for(i=0;i<p;i++)  
        for(j=0;j<r;j++)cin>>a[i][j];  
    cout<<"* input allocation data:\n";  
    for(i=0;i<p;i++)  
        for(j=0;j<r;j++)cin>>b[i][j];  
    cout<<"* input need data:\n";  
    for(i=0;i<p;i++)  
        for(j=0;j<r;j++)cin>>c[i][j];  
    cout<<"* input available data:\n";  
    for(j=0;j<r;j++)cin>>d[j];  
}  
  
/*-----------------------------------------------*/    
/*比較函數(shù)*/    
/*-----------------------------------------------*/  
//比較結(jié)果為m中的元素全大于n中的元素返回1，否則返回0  
int com(int m[r],int n[r])  
{  
    int i,flag=0;  
    for(i=0;i<r;i++)  
        if(m[i]<n[i])  
        {  
            flag=1;  
            break;  
        }  
    if(flag==1) return(0);  
    else return(1);  
}  
  
  
/*-----------------------------------------------*/    
/*安全性檢驗函數(shù)*/    
/*-----------------------------------------------*/  
//b、c、d意義同上  
int stest(int b[p][r],int c[p][r],int d[r])  
{  
    int i,j,k,l,flag=0,flag1=0;  
    int t[r],finish[p],dd[r];  
    for(i=0;i<p;i++)finish[i]=0;//finish為1即表示available滿足某一進(jìn)程并讓其實現(xiàn)  
  
    for(i=0;i<r;i++)dd[i]=d[i];  
    cout<<"分配序列：\n";  
    for(k=0;k<p;k++)            //全搜索，直至實現(xiàn)或不可能實現(xiàn)  
    {  
        for(i=0;i<p;i++)  
        {  
            if(finish[i]==1)continue;  
            else  
            {  
                for(j=0;j<r;j++)t[j]=c[i][j];  
                if(com(dd,t))  
                {  
                    finish[i]=1;  
                    cout<<i+1<<'\t';  
                    flag=1;  
                    for(l=0;l<r;l++)dd[l]=dd[l]+b[i][l];  
                    break;  
                }  
            }  
            if(flag==1)break;  
        }     
    }  
    cout<<'\n';  
    for(l=0;l<p;l++)  
    {  
        //cout<<finish[l]<<endl;  
        if(finish[l]==0)flag1=1;  
    }  
        //cout<<flag1<<endl;  
    if(flag1==0)return(1);    //flag1為記錄finish是否有0存在的標(biāo)記，當(dāng)flag1=0時，安全  
    else return(0);  
}  
  
  
/*-----------------------------------------------*/    
/*申請進(jìn)程后的安全性檢驗函數(shù)*/    
/*-----------------------------------------------*/  
//req-request,n-第n個進(jìn)程申請資源  
void rtest(int b[p][r],int c[p][r],int d[r],int req[r],int n)  
{  
    int i,j;  
    int t[r];  
    n=n-1;  
    for(i=0;i<r;i++)t[i]=c[n][i];  
    if(com(d,req)&&com(t,req))//對available，request進(jìn)行比較  
    {  
        for(j=0;j<r;j++)  
        {  
            b[n][j]=b[n][j]+req[j];  
            c[n][j]=c[n][j]-req[j];  
            d[j]=d[j]-req[j];  
        }  
        if(stest(b,c,d))cout<<"允許"<<n+1<<"個進(jìn)程申請資源！\n";  
        else   
        {  
        cout<<"不允許"<<n+1<<"個進(jìn)程申請資源！\n";  
  
        cout<<"恢復(fù)以前狀態(tài)！\n";  
        for(j=0;j<r;j++)  
        {  
            b[n][j]=b[n][j]-req[j];  
            c[n][j]=c[n][j]+req[j];  
            d[j]=d[j]+req[j];  
        }  
        }  
    }  
  
    else cout<<"申請資源量出錯！\n";  
}  
  
  
/*-----------------------------------------------*/    
/*主函數(shù)*/    
/*-----------------------------------------------*/  
void main()  
{  
    int j,n;                   //n-第n個資源申請  
    int max[p][r],allocation[p][r],need[p][r];  
    int available[r],request[r];  
    input(max,allocation,need,available);  
  
    if(stest(allocation,need,available)==1)cout<<"初始狀態(tài)安全！\n";  
    else cout<<"初始狀態(tài)不安全！\n";  
  
    cout<<" input request data:\n";  
    for(j=0;j<r;j++)cin>>request[j];  
  
    cout<<"第n個進(jìn)程申請資源——n的值\n";  
    cin>>n;  
  
    rtest(allocation,need,available,request,n);  
}