• 操作系统的死锁问题


    死锁

    多个进程都在等待对方释放锁,从而无法运行的现象。

    死锁只有同时满足以下四个条件才会发生(但是同时满足这四个条件,并不意味着一定会出现死锁,即四个必要不充分条件):

    • 互斥条件:多个进程不能同时使用同一个资源。
    • 占有和等待条件:进程在等待资源的同时不会释放已有的资源。
    • 不可抢占条件:进程在使用完资源之前不能被其他进程获取。
    • 环路等待条件:多个进程获取资源的顺序构成了环形链,环路中的每个进程都在等待着下一个进程所占有的资源。

    要避免死锁问题,就是要破坏其中一个条件即可,最常用的方法就是使用资源有序分配法来破坏环路等待条件。

    预防

    Prevention,预防死锁的办法是保证四个条件至少有一个不成立。

    • 破坏互斥条件:使共享资源不被进程所独占(实现比较困难)
    • 破坏占有并等待条件:一次性分配所需的所有资源。(资源利用率低,可能发生饥饿,如何提前知道所需全部资源也是一个问题)
    • 破坏不可抢占条件:直接从其他进程中抢占资源(一般不使用,容易引起混乱)
    • 破坏环路等待条件:对所有资源类型进行排序,并要求每个进程按照资源的顺序进行申请。(可行,降低资源利用率)
    避免

    Avoidance,在进程申请资源时判断是否会造成死锁,如果会发生死锁,则不分配资源。

    银行家算法:当一个进程申请使用资源的时候,银行家算法通过先试探分配给该进程资源,然后通过安全性算法判断分配后的系统是否处于安全状态,若不安全则试探分配作废,让该进程继续等待。每个进程都需要有每种资源的“已分配资源数”和“仍需资源数”,再结合系统的现有资源数、已分配资源数、可用资源数,即可计算是否安全。

    检测

    Detection,允许发生死锁,且在检测到死锁发生后启动死锁恢复机制。

    每种类型一个资源的检测:这种情况可以根据资源分配图中是否存在环路来判断是否会发生死锁。

    每种类型多个资源的检测:可以用类似银行家算法实现。

    恢复

    Recovery。在检测到死锁发生后启动死锁恢复机制。

    • 抢占恢复:抢占其他进程中的资源。
    • 回滚恢复:定期对进程检查,发生死锁时回滚到之前的检查点。
    • 杀死进程恢复:杀死若干个进程,释放资源。

    虽然有这三种应对死锁的手段(预防、避免、检测并恢复),但是实际上大多数操作系统都采用鸵鸟算法,即忽略死锁,并不对其进行处理,原因如下:

    • 预防死锁十分困难,而避免和检测并恢复的代价又很大(每次分配资源都要计算)
    • 操作系统自身出现死锁问题的可能性很低(经过了很久的迭代升级)
    • 用户进程由于自身代码原因出现的死锁,应该由用户自行解决,操作系统不操心(虽然会引起用户体验差,但是也没办法了)
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