操作系统：死锁

• 什么是死锁

  • 在并发环境下，各进程因竞争资源而造成的一种互相等待对方资源，导致各进程都阻塞，都无法向前推进的现象。
  • 发生死锁后，若无外力干涉，这些进程都将无法向前推进。

• 进程死锁、饥饿、死循环的区别

  • 死锁：各进程互相等待对方手里的资源，导致各进程阻塞，都无法向前推进的现象。
  • 饥饿：由于长期得不到想要的资源，某进程无法向前推进的现象。
  • 死循环：某进程执行过程中一直跳不出某个循环的现象。

  	共同点	区别
  死锁	进程无法顺利向前推进	至少有两个或两个以上的进程同时发生死锁。发生死锁的进程一定处于阻塞态
  饥饿	进程无法顺利向前推进	可能只有一个进程发生饥饿。既可能是阻塞态（得不到I/O设备），也可能是就绪态（得不到处理机）
  死循环	进程无法顺利向前推进	可能只有一个进程发生死循环。可以是运行态。死锁和饥饿是管理者（操作系统）的问题，死循环是被管理者的问题。

• 死锁产生的必要条件

  • 互斥条件：只有对互斥使用的资源的竞争才会导致死锁。
  • 不剥夺条件：进程获得的资源在未使用完之前，不能由其他进程强行夺走，只能主动释放。
  • 请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源又被其他进程占用，此时请求进程被阻塞，但又对自己已有的资源保持不放。
  • 循环等待条件：存在一种进程资源的循环等待链，链中的每一个进程以获得的资源同时被下一个进程所请求。
  • 注意：发生死锁时一定有循环等待，但是发生循环等待时未必死锁。

• 死锁的处理策略

  • 预防死锁：破坏死锁产生的四个必要条件中的一个或几个。

    • 破坏互斥条件：把只能互斥使用的资源改造成允许共享使用。但是很多时候都无法破坏互斥条件。
    • 破坏不剥夺条件：
      • 方案一：当某个进程请求新的资源得不到满足时，它必须立即释放保持的所有资源，待以后需要时再重新申请。
      • 方案二：当某个进程需要的资源被其他进程占用的时候，可以由操作系统协助，将想要的资源强行剥夺。
      • 缺点：实现起来比较复杂；释放已经获得的资源会造成前一阶段工作的失效；反复申请和释放资源会增加系统开销，降低系统吞吐量。
    • 破坏请求和保持条件：
      • 采用静态分配方法：即进程在运行前一次申请完它所需要的全部资源，在它的资源为满足前，不让它投入运行。
      • 缺点：资源利用率低；也有可能导致某些进程饥饿。
    • 破坏循环等待条件：
      • 采用顺序资源分配：首先给系统中的资源编号，规定每个进程必须按编号递增的顺序请求资源。
      • 缺点：不方便增加新设备（需要重新分配所有的编号）；浪费资源（使用资源的顺序和编号递增的顺序不一致）。

  • 避免死锁：用某种方法防止系统进入不安全状态，从而避免死锁（银行家算法）。

    • 安全序列：指如果系统按照这种序列分配资源，则每个进程都能顺利完成。（安全序列可能有多个）
    • 不安全状态：系统找不出任何一个安全序列。如果有进程提前归还了一些资源，那系统也有可能重新回到安全状态。
    • 银行家算法：在资源分配之前预先判断这次分配是否会导致系统进入不安全状态，以此决定是否答应资源分配请求。

  • 死锁的检测和解除：允许死锁的发生，操作系统会负责检测出死锁的发生，然后采取某种措施解除死锁。

    • 死锁的检测
      • 用某种数据结构来保存资源的请求和分配信息
      • 提供一种算法，利用上述信息来检测系统是否已进入死锁状态
    • 死锁的解除
      • 资源剥夺法：挂起某些死锁进程，并抢夺它的资源，将这些资源分配给其他的死锁进程。
      • 撤销进程法：强制撤销部分甚至全部死锁进程，并剥夺这些进程的资源。
      • 进程回退法：让一个或多个死锁进程回退到足以避免死锁的地步。这就要求系统要记录进程的历史信息，设置还原点。

• 数据库系统中如何解决死锁

  • 查出线程杀死
  • 设置锁的超时时间
  • 指定获取锁的顺序