關(guān)于死鎖
????????多道程序系統(tǒng)借助并發(fā)執(zhí)行改善資源利用率，提高系統(tǒng)吞吐量，但可能發(fā)生一種危險——死鎖。
????????死鎖（Deadlock）：指多個進程在運行過程中，因爭奪資源而造成的一種僵局。當進程處于這種狀態(tài)時，若無外力作用，它們都將無法再向前推進。
? ??????死鎖（Deadlock）: 指進程之間無休止地互相等待!
? ??????饑餓（Starvation）:指一個進程無休止地等待！
四、產(chǎn)生死鎖的原因和必要條件
? ??????產(chǎn)生死鎖的原因可歸結(jié)為如下兩點：
????????????????競爭資源。系統(tǒng)中供多個進程共享的資源如打印機、公用隊列等的數(shù)目不滿足需要時，會引起資源競爭而產(chǎn)生死鎖。
????????????????進程間推進順序非法。進程在運行過程中，請求和釋放資源的順序不當，同樣會導致死鎖。
1、競爭資源引起進程死鎖
????????可把系統(tǒng)中的資源分為兩類：
????????????????可剝奪和非剝奪性資源
????????????????????????可剝奪性資源：分配給進程后可以被高優(yōu)先級的進程剝奪。如CPU和主存。
????????????????????????不可剝奪性資源：分配給進程后只能在進程用完后釋放。如磁帶機、打印機等。
????????????????永久性資源和臨時性資源
????????????????????????永久性：打印機。可順序重復使用
????????????????????????臨時性：進程產(chǎn)生被其他進程短暫使用的資源，如數(shù)據(jù)資源：“生產(chǎn)者/消費者”算法中的信號量。它可能引起死鎖。
2、進程推進順序不當引起死鎖
????????進程在運行中具有異步性特征，多個進程按向前推進的順序有兩種情況：
? ? ? ? ? ? ? ? ①推進順序合法
? ? ? ? ? ? ? ? ②推進順序非法
3、 產(chǎn)生死鎖的必要條件
????????形成死鎖的四個必要條件（四個條件都具備就會死鎖，缺一就不會死鎖）
????????????????互斥條件：進程對所分配到的資源進行排他性使用
????????????????請求和保持條件：進程已經(jīng)保持了至少一個資源，又提出新的資源請求，而新請求資源被其他進程占有只能造成自身進程阻塞，但對自己已獲得的其他資源保持不放，必然影響其他進程。
????????????????不剝奪條件：進程已獲得的資源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
? ??????破壞這4個條件即是處理死鎖的方法
4、處理死鎖的基本方法
????????事先預防：
? ? ? ? ? ? ? ? ①預防死鎖
????????????????????????設(shè)置限制條件，破壞四個必要條件的一個或幾個，預防發(fā)生死鎖。
????????????????????????較易實現(xiàn)。限制條件的嚴格也會導致系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)吞吐量降低。
? ? ? ? ? ? ? ? ②避免死鎖
????????????????????????不須事先限制，破壞四個必要條件，而是在資源的動態(tài)分配過程中，用某種方法去防止系統(tǒng)進入不安全狀態(tài)，從而避免發(fā)生死鎖。
????????????????????????這種事先加以較弱限制的方法，實現(xiàn)上有一定難度，但可獲較高的資源利用率及系統(tǒng)吞吐量，目前在較完善的系統(tǒng)中，常用此方法來避免發(fā)生死鎖。
????????事后處理：
? ? ? ? ? ? ? ? ③檢測死鎖。
????????????????????????允許系統(tǒng)運行過程中發(fā)生死鎖，但通過系統(tǒng)檢測機構(gòu)可及時的檢測出，能精確確定與死鎖有關(guān)的進程和資源；然后采取適當?shù)拇胧瑥南到y(tǒng)中將已發(fā)生的死鎖清除掉。
? ? ? ? ? ? ? ? ④解除死鎖。
????????????????????????與死鎖檢測配套的一種措施。
????????????????????????常用的實施方法：撤銷或掛起一些進程，以便回收一些資源并將他們分配給已阻塞進程，使之轉(zhuǎn)為就緒以繼續(xù)運行。
????????????????????????死鎖的檢測與解除措施，有可能使系統(tǒng)獲得較好的資源利用率和吞吐量（死鎖幾率不一定很高），但在實現(xiàn)上難度也最大。
五、預防死鎖的方法
1.預防死鎖
????????資源的排他性無法更改，故在其他3個條件上入手
? ? ? ? ? ? ? ? ①摒棄“請求和保持”條件：所有進程開始運行前，必須一次性的申請其在整個運行過程所需的全部資源（AND）。算法簡單、易于實現(xiàn)且很安全。但缺點是資源浪費嚴重、或進程延遲運行。
? ? ? ? ? ? ? ? ②摒棄“不剝奪”條件：允許進程先運行，但當提出的新要求不被滿足時必須釋放它已保持的所有資源，待以后需要時再重新申請。實現(xiàn)比較復雜且付出很大代價。可能會造成前功盡棄，反復申請和釋放等情況。
? ? ? ? ? ? ? ? ③摒棄“環(huán)路等待”條件
????????????????????????有序設(shè)置資源：將所有資源按類型進行線性排隊，賦予不同序號。所有進程對資源的請求必須嚴格按照資源序號遞增的次序提出，這樣在所形成的資源分配圖中，不可能會出現(xiàn)環(huán)路。
????????????????????????與前兩種策略比較，資源利用率和系統(tǒng)吞吐量都有較明顯的改善。但也存在嚴重問題：
????????????????????????????????資源編號限制新設(shè)備的增加；
????????????????????????????????應用中的使用設(shè)備順序與規(guī)定的順序并不協(xié)調(diào)；
????????????????????????????????限制了用戶編程自由。
2.避免死鎖
????????上述方法限制條件都太強；造成一定的應用不便。采用避免死鎖的方法則是只施加較弱限制條件，從而獲得令人滿意的系統(tǒng)性能。
????????名詞：
????????安全狀態(tài)：系統(tǒng)能按某種進程順序為每個進程分配所需資源，直至滿足每個進程對資源的最大需求，并能順利完成。
????????不安全狀態(tài)：系統(tǒng)無法找到一種使多個進程能夠順利分配資源執(zhí)行完的安全序列。
安全狀態(tài)、
安全序列舉例
由安全狀態(tài)向不安全狀態(tài)的轉(zhuǎn)換
????????每次資源分配時，都應分析判斷資源分配圖，看該次操作后是否有安全序列。若沒有，說明該操作會使系統(tǒng)進入不安全狀態(tài)。
????????只要使系統(tǒng)始終處于安全狀態(tài)，便可避免發(fā)生死鎖。
????????不是所有的不安全狀態(tài)都是死鎖狀態(tài)。
3. 銀行家算法避免死鎖
????????最有代表性的避免死鎖的算法，是Dijkstra的銀行家算法。由于該算法能用于銀行系統(tǒng)現(xiàn)金貸款的發(fā)放而得名。
????????【思路描述】：隨時對系統(tǒng)中的所有資源信息進行統(tǒng)計，包括每種資源的數(shù)量、已分配給各進程的數(shù)量；每當進程提出某種資源請求時判斷該請求分配后是否安全，如果安全才分配。對每個資源請求的處理都要保證系統(tǒng)始終從一個安全狀態(tài)到另一個安全狀態(tài)。
算法實現(xiàn)說明
????????算法實現(xiàn):
????????????????首先：需要的一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
????????????????再次：算法過程
????????????????核心：安全性判斷算法
????????1）銀行家算法中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
? ??????????????（1）各類可利用資源的數(shù)量
????????????????????????向量Available ：（i1，i2，…，im），含m個元素，每個元素代表一類可利用的資源數(shù)目。
????????????????????????動態(tài)變化的，初始值是系統(tǒng)配置的該類資源的全部數(shù)目，值隨資源的分配與回收而動態(tài)的改變。
????????????????????????實現(xiàn)：一維數(shù)組。Available【j】=K，表示系統(tǒng)中Rj類資源現(xiàn)有可用數(shù)量為K個。
????????????????（2）每個進程對每類資源的需求
????????????????????????最大需求、已獲得的、還需要的
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ①最大需求矩陣Max
????????????????????????n*m，系統(tǒng)中n個進程中每個進程分別對m類資源的最大需求。
????????????????????????取值：根據(jù)進程需求賦初始值。
????????????????????????實現(xiàn)：二維數(shù)組。Max【i，j】=K，表示進程 i 需要Rj類資源的最大數(shù)目為K。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ②已分配矩陣Allocation。
????????????????????????n*m，定義系統(tǒng)中每一進程已獲得的每類資源數(shù)量。
????????????????????????Allocation【i，j】=K，表示進程i當前已分得Rj類資源數(shù)為K。
????????????????????????③還需求的矩陣Need。
????????????????????????n*m，表示每一進程尚需的各類資源數(shù)。
????????????????????????Need【i，j】=K，表示進程i還需要Rj類資源K個，方能完成任務。
????????????????????????上述三個矩陣存在關(guān)系：
????????????????????????????????Max【i，j】= Allocation【i，j】+Need【i，j】
????????????????????????????????每次，給進程 i 分配資源的動作，影響上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的取值：
????????????????????????????????Available【 ? 】，Allocation【i，?】，Need【i，?】
? ??????2）避免死鎖的算法過程（銀行家算法）
算法過程：就是對各進程的Request向量及資源數(shù)量進行一系列判斷及值操作。
進程Pi發(fā)出資源請求后，系統(tǒng)按下述步驟進行檢查：
首先是兩個基本判斷：
（1）IF Requesti[j]<= Need[i,j]
????????THEN 轉(zhuǎn)向步驟2；
????????ELSE 認為出錯，所需資源數(shù)超過宣布的最大值（自我矛盾)
（2）IF Requesti[j]<= Available[j]
????????????THEN 轉(zhuǎn)向步驟3；
????????????ELSE 表示尚無足夠資源，Pi需等待（現(xiàn)實不滿足）
????????3）安全性算法
? ??????????????（1）需要一些記錄信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，設(shè)置兩個向量：
????????????????????????工作向量work
????????????????????????????????算法開始時work=Available;
????????????????????????????????系統(tǒng)找安全序列的過程需要不斷判斷和修改當前資源數(shù)量，不能直接修改原始數(shù)據(jù)記錄Aailable。
????????????????????????標志向量Finish
????????????????????????????????????表示每個進程是否有足夠的資源使之運行完成。開始時所以進程都設(shè)置初值Finish[i]:=false;
????????????????????????????????????找安全序列的過程相當于使所有Finish[i]:=true。
????????????????（2）找安全序列的過程
????????????????????????從 Finish[i] = false 的進程集合中找一個進程
????????????????????????IF Need[i,j] <= work[j]
????????????????????????????????THEN? 執(zhí)行步驟 a;
????????????????????????????????ELSE? 執(zhí)行步驟 b;
????????????????????????a） 假設(shè)Pi獲得資源順利執(zhí)行完，釋放出分配給它的資源，修改相應的值：
? ????????????????????????????????? work【j】? = work【i】+ Allocation【i，j】;
? ????????????????????????????????? Finish【i】= true;
????????????????????????????????????goto step （2）; //返回去繼續(xù)找下一個進程。
????????????????????????b）當算法不再在（2）、a）步間循環(huán)找進程，到達本步時，若所有Finish[i]=true都滿足，則表示所有進程都按某個順序執(zhí)行完了，系統(tǒng)處于安全狀態(tài)；否則，系統(tǒng)當前所處的資源分配狀態(tài)是不安全狀態(tài)。
六、死鎖的檢測與解除
當系統(tǒng)為進程分配資源時，若未采取任何限制性措施，則系統(tǒng)必須提供檢測和解除死鎖的手段，為此系統(tǒng)必須：
????????1.保存有關(guān)資源的請求和分配信息；
????????2.提供一種算法，以利用這些信息來檢測系統(tǒng)是否已進入死鎖狀態(tài)。
1、資源分配圖
????????系統(tǒng)死鎖可利用資源分配圖來描述。
????????圓圈表示進程
????????方框表示一類資源，其中的一個點代表一個該類資源
????????請求邊由進程指向方框中的資源
????????分配邊則由方框中的一個點即資源。
死鎖的檢測
????????檢測時機：
????????????????當進程等待時檢測死鎖
????????????????定時檢測
????????????????系統(tǒng)資源利用率下降時檢測死鎖
2、死鎖定理
????????利用資源分配圖簡化法來檢測死鎖。
????????簡化方法如下：
????????（1）在資源分配圖中找出一個既不阻塞又非獨立的進程結(jié)點Pi，在順利的情況下運行完畢，釋放其占有的全部資源。
????????（2）由于釋放了資源，這樣能使其它被阻塞的進程獲得資源繼續(xù)運行。消去了Pi的邊。
????????（3）經(jīng)過一系列簡化后，若能消去圖中所有邊，使結(jié)點都孤立，稱該圖是可完全簡化的。
????????S狀態(tài)為死鎖狀態(tài)的充分條件是當且僅當S狀態(tài)的資源分配圖是不可完全簡化的。<死鎖定理>
每類資源只有一個資源
死鎖檢測算法：
* 每個進程和資源指定唯一編號
* 設(shè)置一張資源分配表
記錄各進程與其占用資源之間的關(guān)系
* 設(shè)置一張進程等待表
記錄各進程與要申請資源之間的關(guān)系
反復檢測這兩張表，列出所有等待與分配的關(guān)系，若出現(xiàn)循環(huán)等待，則出現(xiàn)了死鎖！
3、 死鎖的解除
????????當發(fā)現(xiàn)進程死鎖時，便應立即把它們從死鎖狀態(tài)中解脫出來。常采用的方法是：
? ? ? ? ①剝奪資源。從其他進程剝奪足夠數(shù)量的資源給死鎖進程以解除死鎖狀態(tài)。
? ? ? ?② 撤銷進程。最簡單的是讓全部進程都死掉；溫和一點的是按照某種順序逐個撤銷進程，直至有足夠的資源可用，使死鎖狀態(tài)消除為止。
