软件设计师重点难点——死锁

死锁（Deadlock）是指多个进程在运行的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。在软件设计师的考试当中，这个知识点的考查是以选择题的形式出现的，考点主要有：死锁的必要条件、解决死锁的方法，最难高难度会考到“银行家算法”。本文将介绍死锁的相关知识，但不会具体讲解“银行家算法”，该算法将在本系列的下一篇文章中详细说明。
　　1、死锁发生的必要条件
　　死锁的发生必须具备四个必要条件，这四个条件相互联系、缺一不可。

　　（1）互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排他性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其他进程请求该资源，则请求者只能等待，直至占有该资源的进程用完并释放。
　　（2）请求和保持条件：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：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--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。

2、解决死锁的策略
　　解决死锁的策略通常有三种：死锁预防、死锁避免以及死锁解除。前两种方法是“事前措施”，而死锁解除是“事后解决方案”。
　　（1）死锁预防：“解铃还需系铃人”，随便破坏导致死锁这任意一个必要条件就可以预防死锁。例如，要求用户申请资源时一起申请所需要的全部资源，这就破坏了保持和等待条件；将资源分层，得到上一层资源后，才能够申请下一层资源，它破坏了环路等待条件。预防通常会降低系统的效率。
　　（2）死锁避免：避免是指进程在每次申请资源时判断这些操作是否安全，典型算法是“银行家算法”（本系列文章的下一篇将详细讲解该问题）。但这种算法会增加系统的开销。
　　（3）死锁解除：该方法的思路很简单，通过死锁检测判断系统是否处于死锁状态，若死锁，则由系统强制剥夺部分进程的资源，将资源强行分配给别的进程。
　　3、判断系统是否可能进入死锁状态
　　从上面的死锁解决方案来看，无论哪一种方式都不可避免的要增加系统的负担。而同时一个系统是否有可进入死锁状态受系统资源数量，需要使用该资源的进程数量等因素影响。若系统本不可能引起死锁，而我们采用了死锁解决方案，是很不合理的。所以，考试中常考到这样的题型：给出系统的资源数，以及需要使用该资源的进程数量等参数，让考生判断系统有无可能产生死锁。下面我们以例题的方式来说明如何解决这类问题。

　　例题1：
　　系统有3个进程：A、B、C。这3个进程都需要5个系统资源。如果系统有多少个资源，则不可能发生死锁。
　　解答：
　　在分析这个问题时，我们可以取一些简单的数据代入试题进行验证、分析，以得到相应的规律。

如：
　　（1）当系统资源数量为9时，若给A与B分别分配了4个资源，C分配了1个资源，则系统中的每个进程都存在资源不足的情况，而都不放手自己拥有的资源。不能正常运行完毕，发生死锁。
　　（2）当系统资源数量为12时，若给A、B、C各分配4个资源，则死锁。
　　（3）当系统资源数量为13时，无论如何分配，总有至少1个进程能得到5个资源，得到5个资源的进程可以正常运行完毕，而后将自己占用的资源分配给其它进程，所以这样能使所有进程运行完毕。
　　从上面的尝试，我们可以总结出一个规律：先给所有进程分配他们所需要的资源数减1个资源，然后系统如果能再剩余1个资源，则系统不会发生死锁。这样解答本题变得非常容易。
　　(5-1)*3+1=13。
　　
　　例题2：
　　一台计算机有10台磁带机被m个进程竞争，每个进程最多需要三台磁带机，那么m至多为      时，系统没有死锁的危险。
　　A．3        B．4        C．5        D．6
　　解答
　　首先从m=6开始考察，首先每个进程分配1台，剩下的4台只能分配给4个进程，还有2个进程没有分配，如果已经分配了2台的4个进程需要3台的话，则系统就会死锁。同样，如果m=5，也会发生这种情况。当m=4时，每个进程可以分得2台，还有2个进程可分得3台，则可正常运行，运行完毕后可释放资源，从而不会死锁。在解这道题时有些学员提出“如果按照答案m=4，则这4个进程都是需要3台磁带机的话，共需要12台磁带机，这样还不会死锁？”。这种想法是错误的，因为并不是同时把所有进程都分配给足够的资源才能完成这些进程，可以是一个进程先执行完，释放完资源再执行另一个进程。
　　例如：4个进程中，每个进程分配2台磁带机，用去了8台。剩下2台，仍然可以满足两个进程，直到他们完成，释放他们暂用的磁带机。