精品课件-计算机操作系统(姜柳)-第6章

第6章 死 锁
图6-1 资源分配图
第6章 死 锁
【例6-1】 现假定有3类资源R1，R2，R3，其中R1和R3都只 有1个资源，R2有2个资源。有3个进程P1，P2，P3，每个进程占 用资源和等待资源的情况如表6-1所示。
第6章 死 锁
表6-1 进程和资源的分配情况
进程 P1 P2 P3
已占有哪类中的资源 R2
第6章 死 锁
1．资源分配图 计算机系统中拥有着大量的资源，这些资源是在操作系统 的统一管理和控制下进行分配和回收的。在多道环境下，系统 中多个进程共享系统资源，而系统资源是有限的，所以会导致 多个进程对于资源的竞争。为了便于理解死锁的概念，在这里 引入一个新的内容资源分配图。
第6章 死 锁
资源分配图是由一组结点N和一组边E所组成的点对集合， 即G=(N，E)，具有下述定义和限制：
在资源分配图中用圆圈代表进程，方框代表一类资源。由 于一类资源可能有多个，在方框中用一个点来代表一类资源中 的一个资源。请求边是由进程指向资源，分配边是由资源指向 进程。图6-1所示的是一个资源分配图，表示进程P1和P2共享两 类资源R1和R2，其中R1类资源有2个，一个分配给了进程P1，R2 资源分配给进程P2。图中有两条请求边(P1,R2)与(P2,R1)和两条 分配边(R1,P1)与(R2,P2)。
第6章 死 锁
6.1.1 死锁的形成原因 计算机系统中的各种资源(包括硬件资源和软件资源)都由
操作系统进行管理和分配。作业在运行过程中所需要的资源， 可以在调度到某个作业时，根据作业提出的要求(例如，需要 多少主存空间和需要哪些外围设备等)来进行分配；此外也可 以是在进程执行时，根据各个进程的执行情况动态地申请资源 (例如，请求读某个文件、请求扩充主存区域以及请求使用打 印机输出中介绍的对各类资源的管理和分配技术，主要 目的是要充分发挥各个资源的作用，提高资源的利用率。当多 个进程竞争共享资源时，还可以采用必要的措施来实现资源的 互斥使用和保证进程能在有限的时间内获得所需的资源。
但是，这些管理和分配都是根据作业或进程对某类或某个 资源的需求来进行分配和调度的，而没有考虑一个进程已经占 有某些资源后又要申请其他资源时会发生怎样的情况。实际上， 计算机系统中有限的资源与众多请求系统分配资源的进程之间 会存在着矛盾。
R1,R2 R3
占用个数 1 1,1 1
等待哪类资源 R1 R3
第6章 死 锁
于是，可做出如图6-2所示的资源分配图。
图6-2 资源分配图
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2. 形成原因 死锁产生的根本原因是由于系统资源不足以满足所有用户 的所有的资源需求，因此，进程在执行过程中将会产生对资源 的竞争使用情况。死锁的形成原因主要有以下两种： 1) 竞争资源 系统中并发执行的进程共享着系统中的资源，系统中的资 源数不足以满足所有进程的最大需求，所以进程间会竞争资源， 从而才有可能出现进程间相互等待对方资源的情况。如图6-1 所示，资源R2分配给了进程P2，而进程P1在运行时也需要资源R2， 即请求R2。这样进程P1和P2就要竞争资源R2。
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当若干进程需求资源的总数大于系统能提供的资源数时， 多个进程间就会出现竞争资源的现象，如果对进程竞争的资源 管理或分配不当就会引起死锁。
死锁产生的根本原因在于系统中的资源不能满足所有进程 的需要，如果系统中的资源足够多，多到可以满足所有进程的 需求，那么系统中的进程就不会因申请资源而陷入阻塞状态， 即不会产生死锁。
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2) 进程推进顺序不当 进程具有异步性，进程是以“停停走走”的步骤向前推进 着，所以可能使得进程按着下述两种顺序向前推进。 (1) 进程推进顺序合理。 如图6-3所示，有两个并发执行的进程P1和P2，共享两个资 源R1和R2。X轴方向表示进程P1向前推进，Y轴方向表示进程P2向 前推进，进程在推进过程中将申请或释放资源。在图6-3中如 果进程P1和P2按照曲线①、②和③的顺序向前推进，则两个进 程都可以顺利完成，这种进程的推进顺序也不会引起死锁。
下面举个例子来说明死锁问题，假设系统中有P1、P2两个 并发执行的进程，P1和P2在执行中同时需要R1和R2两类资源，
第6章 死 锁
其中R1是输入机，R2是打印机，P1和P2的执行过程 如下：
P1 () {
…… 申请 R1; …… 申请 R2; 使用 R1 和 R2; 释放 R1 和 R2； }
P2 () {
(1) N是两个互斥的子集，一组是进程结点P={P1，P2， P3，…}，一组是资源结点R={R1，R2，R3，…}，N=P∪R。
(2) E中的每条边连接P中的一个结点和R中的一个结点。 如果E中的一条边e={Pi，Rj}，表示进程Pi请求资源Rj；
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如果E中的一条边e={Rj，Pi}，表示资源Rj已经分配给了进 程Pi。
}
…… 申请 R2;
…… 申请 R1; 使用 R1 和 R2; 释放 R1 和 R2；
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从上面的申请－释放过程可以看出，进程P1和P2在执行过 程中有可能会出现这种情况：例如，P2首先得到R2，然后P1得 到R1，接着P1申请R2，由于资源R2已经分配给了进程P2，所以进 程P1因得不到R2而被阻塞(阻塞原因是：申请R2，等待P2唤醒)； 若P2继续运行，将要申请R1，此时R1分配给了进程P1，则占有R2 资源的进程P2将阻塞在R1上，如果P2不能前进，则P1也不能继续 下去，反之亦然。此时称这两个进程处在死锁状态。
第6章 死 锁
6.1 死锁的概念 6.2 死锁的预防和避免 6.3 死锁的检测与解除 6.4 避免死锁实现举例 习题
第6章 死 锁
6.1 死 锁 的 概 念
引入多道程序设计技术后，在系统中可以同时驻留多个程 序，多个程序在运行过程中可能需要使用系统中的资源，而系 统中能提供的资源是有限的，所以，必然会出现多个进程对资 源的竞争情况。故所谓死锁，就是指多个进程在运行过程中因 竞争资源而造成的一种僵局，若无外力作用，这些进程将无法 再向前推进。