四、產生死鎖的原因和必要條件

死鎖（Deadlock）：指程序之間無休止地互相等待
飢餓（Starvation）：指一個程序無休止地等待
產生死鎖的原因：
1.競爭資源。
系統中供多個程序共享的資源如印表機、公用佇列等的數目不滿足需要時，會引起資源競爭而產生死鎖。
可把系統中的資源分為兩類：

可剝奪和非剝奪性資源
可剝奪性資源：分配給程序後可以被高優先順序的程序剝奪。如CPU和主存。
不可剝奪性資源：分配給程序後只能在程序用完後釋放。如磁帶機、印表機等。

永久性資源和臨時性資源
永久性：印表機。可順序重複使用
臨時性：程序產生被其他程序短暫使用的資源，如資料資源：“生產者/消費者”演算法中的訊號量。。它可能引起死鎖。
2.程序間推進順序非法。

程序在執行過程中，請求和釋放資源的順序不當，同樣會導致死鎖。
程序在執行中具有非同步性特徵，多個程序按向前推進的順序有兩種情況：
推進順序合法
推進順序非法

產生死鎖的必要條件（4）
①互斥條件：程序對所分配到的資源進行排他性使用
②請求和保持條件：程序已經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程序佔有只能造成自身程序阻塞，但對自己已獲得的其他資源保持不放，必然影響其他程序。
③不剝奪條件：程序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。
④環路等待條件

處理死鎖的基本方法：
事先預防：
①預防死鎖
設定限制條件，破壞四個必要條件的一個或幾個，預防發生死鎖。
較易實現。限制條件的嚴格也會導致系統資源利用率和系統吞吐量降低。
②避免死鎖
不須事先限制，破壞四個必要條件，而是在資源的動態分配過程中，用某種方法去防止系統進入不安全狀態，從而避免發生死鎖。
這種事先加以較弱限制的方法，實現上有一定難度，但可獲較高的資源利用率及系統吞吐量，目前在較完善的系統中，常用此方法來避免發生死鎖。

事後處理：
③檢測死鎖。
允許系統執行過程中發生死鎖，但通過系統檢測機構可及時的檢測出，能精確確定與死鎖有關的程序和資源；然後採取適當的措施，從系統中將已發生的死鎖清除掉。
④解除死鎖。
與死鎖檢測配套的一種措施。
常用的實施方法：撤銷或掛起一些程序，以便回收一些資源並將他們分配給已阻塞程序，使之轉為就緒以繼續執行。
死鎖的檢測與解除措施，有可能使系統獲得較好的資源利用率和吞吐量（死鎖機率不一定很高），但在實現上難度也最大。

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五、預防死鎖的辦法

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1.預防死鎖
①摒棄“請求和保持”條件：
所有程序開始執行前，必須一次性的申請其在整個執行過程所需的全部資源（AND）。演算法簡單、易於實現且很安全。但缺點是資源浪費嚴重、或程序延遲執行。
②摒棄“不剝奪”條件：

允許程序先執行，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，待以後需要時再重新申請。實現比較複雜且付出很大代價。可能會造成前功盡棄，反覆申請和釋放等情況。
③摒棄“環路等待”條件
有序設定資源：將所有資源按型別進行線性排隊，賦予不同序號。所有程序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，不可能會出現環路。
與前兩種策略比較，資源利用率和系統吞吐量都有較明顯的改善。但也存在嚴重問題：
資源編號限制新裝置的增加
應用中的使用裝置順序與規定的順序並不協調；
限制了使用者程式設計自由。

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。
採用避免死鎖的方法則是隻施加較弱限制條件，從而獲得令人滿意的系統性能。

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六、死鎖的檢測與解除

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當系統為程序分配資源時，若未採取任何限制性措施，則系統必須提供檢測和解除死鎖的手段，為此係統必須：
①儲存有關資源的請求和分配資訊；
②提供一種演算法，以利用這些資訊來檢測系統是否已進入死鎖狀態。

1.資源分配圖
系統死鎖可利用資源分配圖來描述。
圓圈表示程序
方框表示一類資源，其中的一個點代表一個該類資源
請求邊由程序指向方框中的資源
分配邊則由方框中的一個點即資源。

2.死鎖的檢測
檢測時機：
當程序等待時檢測死鎖
定時檢測
系統資源利用率下降時檢測死鎖

3.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程序結點Pi，在順利的情況下執行完畢，釋放其佔有的全部資源。
2.由於釋放了資源，這樣能使其它被阻塞的程序獲得資源繼續執行。消去了Pi的邊。
3.經過一系列簡化後，若能消去圖中所有邊，使結點都孤立，稱該圖是可完全簡化的。
S狀態為死鎖狀態的充分條件是當且僅當S狀態的資源分配圖是不可完全簡化的。<死鎖定理>

4.死鎖的解除
當發現程序死鎖時，便應立即把它們從死鎖狀態中解脫出來。常採用的方法是：
①剝奪資源。從其他程序剝奪足夠數量的資源給死鎖程序以解除死鎖狀態。
②撤銷程序。最簡單的是讓全部程序都死掉；溫和一點的是按照某種順序逐個撤銷程序，直至有足夠的資源可用，使死鎖狀態消除為止。