第4章 调度与死锁2

破坏不剥夺条件
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一个已获得某些资源的进程，若新的资源 请求得不到满足，则它必须释放已获得的 所有资源。 特点：实现较复杂，释放已获得资源可能 造成前一段工作的失效，重复申请和释放 资源会增加系统开销，降低系统吞吐量。
破坏循环等待条件
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将所有资源按类型排队，并赋予不同序号， 要求进程均严格按照序号递增的次序请求资 源，同类资源一次申请完。这种方法称为有 序资源分配法。 特点：比前两种方法资源利用率高，吞吐量 大。但要求资源序号相对稳定，从而限制了 新设备的增加；使用资源的顺序与系统规定 顺序不同，造成资源的浪费；使用资源的次 序限制用户编程。
不安全状态
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若某一时刻系统中不存在一个安全序 列，则称此时的系统状态为不安全状态。 进入不安全状态后，便可能进而进入死 锁状态；因此避免死锁的本质是使系统 不进入不安全状态。
安全状态例
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T0时刻，系统资源状态如下：
进程 P1 P2 P3 最大需求 已分配 需要 10 5 5 4 2 2 9 2 7 可用 3
进程 P1 P2 P3
最大需求 已分配 需要 10 5 5 4 2 2 9 3 6
可用 2
银行家算法 Banker’s Algorithm
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最具代表性的死锁避免算法是 Dijkstra的 银行家算法。 假定系统中有 n个进程P1、P2、…、Pn ， m类资源R1、R2、…、Rm，银行家算法 中使用的数据结构如下：
注意
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死锁是因资源竞争造成的僵局 通常死锁一般至少涉及两个进程 死锁与部分进程及资源相关
4.5.3 处理死锁的基本方法
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用于处理死锁的方法主要有：
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忽略死锁。这种处理方式又称鸵鸟算法，指像 鸵鸟一样对死锁视而不见。 预防死锁：设置某些限制条件，通过破坏死锁 产生的四个必要条件之一来预防死锁。 避免死锁：在资源的动态分配过程中，用某种 方法来防止系统进入不安全状态。 检测死锁及解除：系统定期检测是否出现死 锁，若出现则解除死锁。
进程 P1 P2 P3
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最大需求 已分配 需要 10 5 5 4 2 2 9 2 7
可用 10
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这时可用资源能满足 P3的需要， P3获得运 行需要的所有资源并能顺利运行结束。 因此存在一个安全序列 <P2、P1、P3> ，系 统状态安全。
由安全状态向不安全状态转换
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若在T0之后，又将 1个资源分配给了 P3， 则系统进入了不安全状态：
p0 r0 pn rn … p1 r2 r1
为什么有序资源分配法可以防止死锁2
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采用有序资源分配法，系统中的进程必须按照资 源编号的升序申请资源。 因此在任一时刻，系统中总会存在一个进程，它 占有已申请资源中编号最高的资源，且它继续请 求的资源必定是空闲的，因而它可以一直向前推 进直至完成。 当该进程运行完成后，即会释放它所占有的全部 资源。这样剩余进程集合中又会存在一个进程， 它占有已申请资源中编号最高的资源，且它继续 请求的资源必定是空闲的，因而它也可以一直向 前推进直至完成。 以此类推，最终所有进程均可运行完成，故不会 发生死锁。
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Available ＝tioni ＝ Allocationi ＋ Requesti ； Needi ＝ Needi－ Request i ；
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4）系统执行安全性算法，检查此次资源分配是否 安全。若安全，才正式分配；否则，试分配作废， 让进程Pi等待。
3）分配矩阵 Allocation
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分配矩阵Allocation是一个 n×m 的矩阵，定 义了系统中每一类资源当前已分配给每一个 进程的资源数目。 如果Allocation(i，j)＝k ，表示进程Pi当前已 分到Rj类资源的数目为 k。 Allocationi表示进程 Pi的分配向量，由矩阵 Allocation的第i行构成。
竞争非剥夺资源引起的死锁
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竞争非剥夺资源例。如，打印机 R1 和读 卡机R2供进程P1和P2共享。
P1
R1
R2
P2
竞争消耗性资源引起的死锁
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如消息通信按下述顺序进行，则不 会发生死锁：
P1：...Release(S1)；Request(S2)；... P2：...Release(S2)；Request(S1)；...
4）需求矩阵 Need
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需求矩阵 Need是一个 n×m 的矩阵，它定义 了系统中每一个进程还需要的各类资源数目。 如果Need(i，j)＝k，表示进程 Pi还需要Rj类 资源k个。Needi表示进程 Pi的需求向量，由 矩阵Need的第i行构成。 三个矩阵间的关系： Need(i，j)＝Max(i，j)－Allocation(i，j)
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若按下述顺序，则可能发生死锁：
P1：... Request(S2)；Release(S1)；... P2：... Request(S1)；Release(S2)；...
S2
P1
S1
P2
进程推进顺序不当引起的死锁
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当进程P1、P2共享资源A、B时，若推进顺序合法则不 会产生死锁，否则会产生死锁。 合法的推进路线：①②③ 不合法的推进线路：④
日常生活中的死锁例
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假设一条河上有一座独木桥，若桥两端 的人相向而行 ……
此时死锁发生了
4.5.2 死锁产生的原因和必要条件
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死锁产生的原因是与资源的使用相关。 下面介绍资源分类。
可剥夺和非剥夺资源
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可剥夺资源是指某进程获得这类资源 后，该资源可以被其他进程或系统剥夺。 如CPU，存储器。 非剥夺资源又称不可剥夺资源，是指系 统将这类资源分配给进程后，再不能强 行收回，只能在进程使用完后主动释放。 如打印机、读卡机。
②
P2 释放 A P2 释放 B P2 申请 A P2 申请 B
③
①
死锁区 死锁点
④
P1申请 A P1申请 B P1释放 A P1释放 B
死锁产生的必要条件
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互斥条件：在一段时间内某资源仅为一个 进程所占有。 请求和保持条件：又称部分分配条件、占 用并等待条件。当进程因请求资源被阻塞 时，已分配资源保持不放。 不剥夺条件：进程所获得的资源在未使用 完毕之前，不能被其他进程强行夺走。 循环等待条件：死锁发生时，存在一个进 程资源的循环。
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2）从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：
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安全性算法 (2)
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3）当进程Pi获得资源后，可顺利执行直到 完成，并释放出分配给它的资源，故应执行：
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Work＝Work ＋ Allocationi ； Finish (i)＝true ； Goto step 2 ；
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4）若所有进程的 Finish(i)都为true ，则表示 系统处于安全状态；否则，系统处于不安全 状态。
银行家算法例
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假定系统中有5个进程 P0、P1、P2、P3、P4和三种类型的资 源A、B、C，数量分别为12、5、9，在T0时刻的资源分配情 况如下所示。 Max A 8 3 9 2 5 B 5 2 0 2 3 C 3 3 3 2 3 Allocation A 1 2 3 2 1 B 1 0 0 1 0 C 0 1 3 1 2 A 7 1 6 0 4 Need B 4 2 0 1 3 C 3 2 0 1 1 Available A 3 B 3 C 2
这时可用资源能满足P2的需要，P2获得运行需要 的所有资源并能顺利运行结束。
P2运行结束的系统资源状态
进程 P1 P2 P3
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最大需求 已分配 需要 10 5 5 4 2 2 9 2 7
可用 5
这时可用资源能满足P1的需要，P1获 得运行需要的所有资源并能顺利运行 结束。
P2、P1运行结束的统资源状态
注意：竞争可剥夺资源不会产 生死锁！
永久性资源和消耗性资源
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永久性资源：可顺序重复使用的资源。如 打印机。 消耗性资源：由一个进程产生，被另一个 进程使用短暂时间后便无用的资源，又称 为临时性资源。如消息。
竞争永久性资源和临时性资源 都可能产生死锁。
死锁产生的原因
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死锁产生的原因是：
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竞争资源：多个进程竞争资源，而资源又不 能同时满足其需求。 进程推进顺序不当：进程申请资源和释放资 源的顺序不当。
为什么有序资源分配法可以防止死锁1
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假设循环已经出现并且含于 环中的进程是 p0、…、pn， 这意味着 pi正占有ri类资 源，而请求 ri+1类资源， 设函数f能获得资源序号， 则有f（ri）<f（ri+1）， 故f（r0）<f（r1）<…< f （rn）<f（r0）。 矛盾，原假设不成立。
资源情况 进程 P0 P1 P2 P3 P4
T0时刻的安全性
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利用安全性算法对 T0时刻的资源分配情况进 行分析，可得如下所示的 T0时刻的安全性分 析。
T0时刻的安全性检查
Need0：7,4,3 Need1 ：1,2,2 Need2 ：6,0,0 Alloc0 ： 1,1,0 Alloc1 ： 2,0,1 Alloc2 ：3,0,3 Avail 332 13420 Need3 ：0,1,1 Alloc3 ： 2,1,1 Need4 ：4,3,1 Alloc4 ：1,0,2
安全性算法 (1)
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Safety Algorithm
1）设置两个向量
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Work：表示系统可提供给进程继续运行的各类空闲资源 数目，含有m个元素，执行安全性算法开始时，Work＝ Available 。 Finish：表示系统是否有足够的资源分配给进程，使之 运行完成，开始时，Finish(i)＝false；当有足够资源分配 给进程Pi时，令Finish(i)＝true 。 Finish(i)= false ； Needi≤Work ； 如找到则执行步骤3；否则执行步骤4。