[Linux]死锁

死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。之前信号量的时候我们知道，如果多个进程等待，主要体现在占有锁的问题上。死锁也可以被定义为：一组竞争系统资源或互相通信的进程间相互的永久阻塞。当一组进程中的所有进程都在等待一个事件，而只有在进程集合中的其他阻塞的进程才可以触发该事件，这时就称一组进程死锁。因为没有事件触发，因此死锁是永久性的。

产生死锁的原因有：

（1）竞争资源。当系统中供多个进程共享的资源如打印机、公用队列等，其数目不足以满足诸进程的需要时，会引起诸进程对资源的竞争而产生死锁。

（2）进程间推进顺序非法。进程在运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，也同样会导致产生进程死锁。

详细分析一下产生死锁的原因哦。

（1）可剥夺和非剥夺性资源

可剥夺性资源指某进程在获得这类资源后，该资源可以再被其他进程或系统剥夺。如优先级高的可以剥夺优先级低的进程的处理机。非剥夺性资源是当这类资源分配给某进程后，再不能强行收回，只能在进程用完后自行释放。

（2）竞争非剥夺性资源

由于它们的数量不能满足诸进程运行的需要，会使进程在运行过程中，因剥夺这些资源而陷入僵局。

比如，系统中有一台打印机R1和一台磁带机R2，供进程P1,P2共享。如果P1占用了打印机，P2占用了磁带机。此时如果P1想使用磁带机，而P2想使用打印机，这就使P1和P2都在等待对方的资源被释放，而陷入僵局。从而也使P1和P2得不到自己的资源而不能释放现有的资源，最后进入死锁状态。

（3）竞争临时性资源

上述的打印机资源属于顺序性重复使用的资源，属于永久性资源。还有一种是临时性资源，是一个进程产生，由另一进程使用短暂时间后无用的资源。也可能产生死锁。

（4）推进顺序不当。P1—>Request(R2),p2—>Request(R1)时产生死锁。

产生死锁的必要条件

如果发生死锁，则有四个产生死锁的必要条件：

（1）互斥条件。一次只有一个进程使用资源，其他进程不能访问已分配的资源。

（2）请求和保持条件（也称占有且等待）。指进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源又已被其他进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其他资源保持不放。

（3）不剥夺条件（非抢占）。指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完自己释放。

（4）环路等待（循环等待）。指存在一个封闭的进程链，使得每个资源至少占有此链中下一个进程所需要的一个资源。在发生死锁时，必然存在一个进程，资源的环形链，即P0，P1，P2….Pn，则P0在等待P1占有的资源，P1占有P2的，….Pn占有P0的。

说完死锁之后，我们应该想想如何处理这种死锁呢。处理死锁的基本方法有：预防死锁，避免死锁，检测死锁，解除死锁。

预防死锁是使四个必要条件中的第2,3,4个中的一个不成立来避免不发生死锁。为预防死锁，可以使请求和保持条件中，可以要求进程一次性地请求所有需要的资源，并且阻塞这个进程直到所有请求都同时满足。对于非抢占式的预防死锁的方法，如果占有某些资源的一个进程进行进一步资源请求被拒绝，则该进程必须释放它最初占用的资源，如果有必要，可以再次请求此类资源。还有一种情况是，如果一个进程请求当前被另一个进程占有的一个资源，则操作系统可以抢占另一个进程，要求它释放资源。（这类情况适合具有不同优先级的进程）

死锁避免

解决死锁问题的另一种方法是死锁避免。与死锁预防的差距也不大。这里有俩种死锁避免的方法，

1.如果一个进程的请求会导致死锁，则不启动此进程
2.如果一个进程增加资源的请求导致死锁，则不允许此分配

这里解决死锁问题的方法有：银行家算法

银行家算法通过已分配的资源和可用资源数等来获取安全序列，如果存在安全序列，就可以分配请求资源，不存在则说明不可以请求资源，这样就可以有效的避免死锁。

（1）请求资源，发出请求向量
（2）假定可为P1分配资源，修改Available,Allocation和Need向量
（3）利用安全性算法检查此时系统是否安全

银行家算法需求分析：

允许进程动态地申请资源，系统在每次实施资源分配之前，先计算资源分配的安全性，若此次资源分配安全（即资源分配后，系统能按某种顺序来为每个进程分配其所需的资源，直至最大需求，使每个进程都可以顺利地完成），便将资源分配给进程，否则不分配资源，让进程等待。
功能实现：
理解了死锁的原因，尤其是产生死锁的四个必要条件，就可以最大可能地避免、预防和解除死锁。所以，在系统设计、进程调度等方面注意如何能够不让这四个必要条件成立，如何确定资源的合理分配算法，避免进程永久占据系统资源。此外，也要防止进程在处于等待状态的情况下占用资源,在系统运行过程中，对进程发出的每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查，并根据检查结果决定是否分配资源，若分配后系统可能发生死锁，则不予分配，否则予以分配 。因此，对资源的分配要给予合理的规划。
1) 可利用资源向量Available。这是一个含有m个元素的数组，其中的而每一个元素代表一类可利用资源数目，其初始值是系统中所配置的该类全部可用资源的数目，其数值随该类资源的分配和回收而动态的改变。如果Available[j]=K,则表示系统中现有Rj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i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，则表示进程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，方能完成任务。
上述三个矩阵间存在下述关系：Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1extern "C"#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#define W 10int Available[W];           //可使用资源int Max[W][W];             //最大需求资源数int Allocation[W][W];      //已分配资源int Need[W][W];            //需求资源int Work[W];              //工作向量int Finish[W];           //是否有足够的资源分配，状态标志int Request[W][W];        //进程申请资源向量int Temp[W];             //暂存可用资源数int AllReSourceNum[W];        //各类资源总数int i, j;int ResourceNum;              //系统资源总数int ProcessNum;               //总的进程数int a;                       //当前申请的进程号int l, e;                     int b = 0, c = 0, f = 0, g;  //c: 统计对于每一个进程，成功分配的资源类别数int  SecurityCheck()     //安全性检测{    printf("\n\n");    printf("\t\t\t 安全性检测 \n\n");    printf("          工作向量       尚需求量       已分配      工作向量+已分配\n进程 ");    for (c = 1; c <= 4; c++)    {        for (j = 1; j <=ResourceNum; j++)        {             printf("  %d类", j);        }    }    for (i = 1; i <=ProcessNum; i++)    {        Temp[i] = Available[i];    //Temp[i]只是一个暂时寄存的中间变量，为防止在下面安全性检查时修改到Available[i]而代替的一维数组        Finish[i] = false;    }    for (g = 1; g <=ProcessNum; g++)    {        for (i = 1; i <=ProcessNum; i++)        {            b = 0;                 //计数器初始化            Finish[i] == false;            for (j = 1; j <=ResourceNum; j++)            {                if (Need[i][j] <= Temp[j])                {                    b = b + 1;                }                if (Finish[i] == false && b ==ResourceNum)                {                    Finish[i] = true;                    printf("\nP[%d] ", i);        //依次输出进程安全序列                      for (l = 1; l <=ResourceNum; l++)                    {                        printf("  %2d ", Temp[l]);                    }                    for (j = 1; j <=ResourceNum; j++)                    {                        printf("  %2d ",Need[i][j]);                    }                    for (j = 1; j <=ResourceNum; j++)                    {                        //Allocation[i][j]=Temp[j]-Need[i][j];                        printf("  %2d ", Allocation[i][j]);                    }                    for (j = 1; j <=ResourceNum; j++)                    {                        printf("  %2d ", Temp[j] + Allocation[i][j]);                    }                    for (l = 1; l <=ResourceNum; l++)                    {                        Temp[l] = Temp[l] + Allocation[i][l];                            }                }            }        }    }    printf("\n\n");    for (i = 1; i <=ProcessNum; i++)    {        if (Finish[i] == true) f = f + 1;  //统计Finish[i]＝＝true的个数    }    if (f ==ProcessNum)    {        printf("安全序列");        printf("\n\n系统剩余资源量：");        for (i = 1; i <=ResourceNum; i++)        {        printf("   %d ", Available[i]);        }        f = 0;       //将计数器f重新初始化，为下一次提出新的进程申请做准备        return 1;    }    else    {        printf("不安全序列");        return 0;    }}void Initialize()    //初始化{    printf("请输入系统的资源种类数：");    scanf("%d", &ResourceNum);    for (i = 1; i <=ResourceNum; i++)    {        printf("第%d类资源总数：", i);        scanf("%d", &AllReSourceNum[i]);    }    printf("请输入进程总数：");    scanf("%d", &ProcessNum);    for (i = 1; i <=ProcessNum; i++)    {        for (j = 1; j <=ResourceNum; j++)        {            printf("进程P[%d]对第%d类资源的最大需求量：", i, j);            scanf("%d", &Max[i][j]);        }    }    for (i = 1; i <=ProcessNum; i++)    {        for (j = 1; j <=ResourceNum; j++)        {            printf("进程P[%d]对第%d类资源已分配数：", i, j);            scanf("%d", &Allocation[i][j]);           Need[i][j] = Max[i][j] - Allocation[i][j];        }    }    for (i = 1; i <=ResourceNum; i++)    {        for (j = 1; j <=ProcessNum; j++)        {            AllReSourceNum[i] -= Allocation[j][i];        }    }    for (i = 1; i <=ResourceNum; i++)        Available[i] = AllReSourceNum[i];    SecurityCheck();}void RequestResource()  //进程申请资源{    printf("请输入申请资源的进程：");    scanf("%d", &a);    for (i = 1; i <=ResourceNum; i++)    {        printf("请输入进程P[%d]对%d类资源的申请量：", a, i);        scanf("%d", &Request[a][i]);        if (Request[a][i] >Need[a][i])        {            printf("\n出错！进程申请的资源数多于它自己申报的最大需求量\n");            return;        }        if (Request[a][i] > Available[i])        {            printf("\nP[%d]请求的资源数大于可用资源数，必须等待\n", a);            return;        }    }    for (i = 1; i <=ResourceNum; i++)    {        //以下是试探性分配        Available[i] = Available[i] - Request[a][i];        Allocation[a][i] = Allocation[a][i] + Request[a][i];        Need[a][i] =Need[a][i] - Request[a][i];    }    int ret=SecurityCheck();    if (ret == 1)    {        int key = 0;        for (j = 1; j <=ResourceNum; j++)        {            if (Need[a][j] == 0)            {                key++;            }        }        if (key ==ResourceNum)        {            for (j = 1; j <=ResourceNum; j++)            {                Available[j] += Allocation[a][j];                Allocation[a][j] = 0;            }        }    }}void ResourceState(){    printf("\n\n");    printf("          已分配       最大需求量       尚需要量 \n进程");    for (i = 1; i <= 3; i++)    {        for (j = 1; j <=ResourceNum; j++)        {            printf("  %d类", j);        }    }    for (i = 1; i <=ProcessNum; i++)    {        printf("\nP[%d]", i);        for (j = 1; j <=ResourceNum; j++)        {            printf("  %2d ", Allocation[i][j]);        }        for (j = 1; j <=ResourceNum; j++)        {            printf("  %2d ", Max[i][j]);        }        for (j = 1; j <=ResourceNum; j++)        {            printf("  %2d ",Need[i][j]);        }    }    printf("\n\n系统剩余资源量：   ");    for (i = 1; i <=ResourceNum; i++)    {        printf("   %d ", Available[i]);    }    printf("\n");}void menu(){    printf("\n\t-------------银行家算法---------------\n");    printf("             1、初始化                \n");    printf("             2、进程请求资源          \n");    printf("             3、资源分配状态          \n");    printf("             4、退出                  \n");    printf("\t--------------------------------------\n");    printf("\n请输入你的选择: ");}//BankerAlth.cpp#include"BankerAlth.h"int main(){    int select = 0;    printf("\n\n");    while (1)    {        menu();        scanf("%d", &select);        printf("\n\n");        switch (select)        {        case 1:            Initialize();            break;        case 2:            RequestResource();            break;        case 3:            ResourceState();            break;        case 4:            printf("\nSee you Next time !\n\n");            system("pause");            return 0;        }    }    system("pause");    return 0;}

运行结果：