死锁

什么是死锁？

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的现象，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者系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。

产生死锁的死歌必要条件。

1、互斥条件：指进程对所分配的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。

2、请求和保持条件：指进程已经保持至少一个资源，但又提出新的资源请求，而该资源已被其他进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。

3、不剥夺条件：指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。

4、环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个进程一一资源的环形链，即进程集合{P0, P1, P2, ······Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，·······，Pn正在等待已被P0占用的资源。

如何避免死锁？

系统在进行资源分配之前，应先计算此次资源分配后状态的安全性，若此次分配后的状态是安全状态，则将资源分配给进程；否则，令进程等待。

安全状态：所谓的安全状态，指系统能按某种进程顺序(P1,P2,······Pn)(称(P1,P2,······,Pn)序列为安全序列)，来为每个进程Pi分配其所需资源，直至满足每个进程对资源的最大需求，使每个进程都可以顺利地完成。如果系统无法找到这样一个安全序列，则称系统处于不安全状态

避免死锁的算法：银行家算法。

程序实现思路银行家算法顾名思义是来源于银行的借贷业务，一定数量的本金要应多个客户的借贷周转，为了防止银行家资金无法周转而倒闭，对每一笔贷款，必须考察其是否能限期归还。在操作系统中研究资源分配策略时也有类似问题，系统中有限的资源要供多个进程使用，必须保证得到的资源的进程能在有限的时间内归还资源，以供其他进程使用资源。如果资源分配不得到就会发生进程循环等待资源，则进程都无法继续执行下去的死锁现象。
把一个进程需要和已占有资源的情况记录在进程控制中，假定进程控制块PCB其中“状态”有就绪态、等待态和完成态。当进程在处于等待态时，表示系统不能满足该进程当前的资源申请。“资源需求总量”表示进程在整个执行过程中总共要申请的资源量。显然，每个进程的资源需求总量不能超过系统拥有的资源总数， 银行算法进行资源分配可以避免死锁。

数据结构

1）可利用资源向量Available

是个含有m个元素的数组，其中的每一个元素代表一类可利用的资源数目。如果Available[j]=K，则表示系统中现有R

类资源K个。

2）最大需求矩阵Max

这是一个n×m的矩阵，它定义了系统中n个进程中的每一个进程对m类资源的最大需求。如果Max[i,j]=K，则表示进程

需要Rj类资源的最大数目为K。

3）分配矩阵Allocation

这也是一个n×m的矩阵，它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一进程的资源数。如果Allocation[i,j]=K，则表

进程i当前已分得Rj类资源的 数目为K。

4）需求矩阵Need。

这也是一个n×m的矩阵，用以表示每一个进程尚需的各类资源数。如果Need[i,j]=K，则表示进程i还需要Rj类资源K

个，方能完成其任务。

Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]

银行家算法

设进程cusneed提出请求REQUEST [i]，则银行家算法按如下规则进行判断。

(1)如果REQUEST [cusneed] [i]<= NEED[cusneed][i]，则转（2)；否则，出错。

(2)如果REQUEST [cusneed] [i]<= AVAILABLE[i]，则转（3)；否则，等待。

(3)系统试探分配资源，修改相关数据：

AVAILABLE[i]-=REQUEST[cusneed][i];

ALLOCATION[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];

NEED[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];

(4)系统执行安全性检查，如安全，则分配成立；否则试探险性分配作废，系统恢复原状，进程等待。

安全性检查算法

(1)设置两个工作向量Work=AVAILABLE;FINISH

(2)从进程集合中找到一个满足下述条件的进程，

FINISH==false;

NEED<=Work;

如找到，执行（3)；否则，执行（4)

(3)设进程获得资源，可顺利执行，直至完成，从而释放资源。

Work=Work+ALLOCATION;

Finish=true;

GOTO 2

(4)如所有的进程Finish= true，则表示安全；否则系统不安全。