第6章_进程管理与作业管理2

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存在一个状态序列能够使所有的客户均得到其所 有的贷款，则称该状态是安全的。
银行家算法示例

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图示状态是安全的，以使 Marvin 运行结束，释 放所有的4个单位资金。这样下去便可满足 Suzanne或Barbara的请求。 考虑给Barbara另一个她申请的资源，则得到的 状态是不安全的。 如果忽然所有的客户都申请，希望得到最大贷款 额，而银行家无法满足其中任何一个的要求，则 发生死锁。
死锁的检测

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用表格来记录进程使用和等待资源的情况。
进程 P1 P2 P3 依次申请 r1、r5、r3 r3、r4、r2 r2、r5 已占 r5 、r1 r3 r2 等待资源 r3 r2 、r4 r5
出现死锁
解除死锁
①资源剥夺法 ②撤消进程法
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解除死锁

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立即结束所有进程的执行，并重新启动操作系统。方法 简单,但以前工作全部作废,损失可能很大。 撤销陷于死锁的所有进程,解除死锁继续运行。 逐个撤销陷于死锁的进程,回收其资源,直至死锁解除。 剥夺陷于死锁的进程占用的资源，但并不撤销它, 直至 死锁解除。 根据系统保存的checkpoint,让所有进程回退,直到足以 解除死锁。 当检测到死锁时，如果存在某些未卷入死锁的进程，而 这些进程随着建立一些新的抑制进程能执行到结束，则 它们可能释放足够的资源来解除死锁。
死锁的பைடு நூலகம்防(4)
系统分配
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静态预分配,破坏部分分配条件：一个进程必 须在执行前就申请它所要的全部资源，并且直 到它所要的资源都得到满足后才开始执行。 缺点：a、资源浪费 b、作业延迟
死锁的避免

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解决死锁问题的另一种方法是死锁避免。 在死锁预防中，约束资源请求，至少防止4个死 锁条件中的一个发生。这可以通过防止发生三个 必要策略条件中的一个直接完成，也可以通过防 止循环等待间接完成，但这都会导致低效的资源 使用和低效的进程执行。 死锁避免则相反，它允许三个必要条件，但通过 明智的选择，确保永远不会到达死锁点，因此避 免比预防允许更多的并发。
死锁

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在多道程序系统中，若干个进程彼此相互等待对 方拥有且不会释放的资源，从而形成各进程都想 得到资源而又都得不到资源，因而不能继续向前 推进的僵局状态，就叫死锁。
例1：进程推进顺序不当产生死锁
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设系统有打印机、读卡机各一台，被进程P和Q共 享。两个进程并发执行，按下列次序请求和释放 资源： 进程P 请求读卡机 请求打印机 释放读卡机 释放打印机 进程Q 请求打印机 请求读卡机 释放读卡机 释放打印机
– 如：硬件资源、软件资源
消耗性资源：由某个进程所产生，只为另一个进 程使用一次，或经短暂时间后便不再使用的资源。
– 如：时钟中断、同步信号、消息等
b、共享/独享资源：例如CPU、主存/打印机 c、可剥夺/不可剥夺资源
产生死锁的必要条件

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互斥：对于独占资源，每个资源每次只能给一个进程使 用，进程申请到了资源后占为己有，则排斥其他进程享 受该资源 非剥夺：正在使用的资源不可剥夺，进程获得的资源尚 未使用完毕之前，只能由占有者自己释放，不能被其他 进程强行占用 占有且等待：进程因未分配到新的资源而受阻，但对已 占有的资源又“死抱住不放” 循环等待：存在进程的循环等待链，前一进程占有的资 源是后一进程所需求的资源，结果就形成了循环等待的 僵持局面 说明：发生死锁，则四个条件一定同时成立；破坏其中 一个，死锁就可以阻止。
资源分配图的一个例子
R1 R2
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P1
P2
P3
R3
资源分配图的另一个例子
P1
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R1
R2
P2
P3
P4
资源分配图死锁状态
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(1)如果进程-资源分配图中无环路，则此时系统没有发生 死锁。 (2)如果进程-资源分配图中有环路，且每个资源类中仅有 一个资源，则系统中发生了死锁，此时，环路是系统发 生死锁的充要条件，环路中的进程便为死锁进程。 (3)如果进程-资源分配图中有环路，且涉及的资源类中有 多个资源，则环路的存在只是产生死锁的必要条件而不 是充分条件。
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(3)进程获得资源后，可以顺利执行，直到完成，释放所有资源： work=work+Allocation； Finishe[i] = false; 回到步骤(2); (4)如果所有进程的Finish[i] = True；表示系统安全；否则系统 表示不安全状态；
银行家算法

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银行家算法的特点
允许互斥、部分分配和不可抢占，可提高资源利用 率； 要求事先说明最大资源要求，在现实中很困难；
进程的安全性
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死锁概述

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操作系统中的死锁基于如下假定：
任意一个进程要求资源的最大数量不超过系统能提 供的最大量； 如果一个进程在执行中提出的资源要求能够得到满 足，那么它一定能在有限时间内结束； 一个资源在任何时刻最多只为一个进程所占有； 一个进程申请资源，只在资源得不到满足时才处于 等待状态； 一个进程结束时释放它所占有的全部资源； 系统具有有限个进程和资源。
死锁的检测

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死锁检测算法与死锁避免算法是类似的，不同在 于前者考虑了检查每个进程还需要的所有资源能 否满足要求；而后者则仅要根据进程的当前申请 资源量来判断系统是否进入了不安全状态。 死锁检测算法的策略是查找一个进程，使得可用 资源可以满足该进程的资源请求，然后假设同意 这些资源，让进程运行直到完成，再释放它的所 有资源，然后算法寻找另一个可以满足资源请求 的进程。
资源分配图

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约定Pi→Rj为请求边，表示进程Pi申请资源类Rj中的一 个资源得不到满足而处于等待Rj类资源的状态，该有向 边从进程开始指到方框的边缘，表示进程Pi申请Rj类中 的一个资源。 Rj→Pi为分配边，表示Rj类中的一个资源已被进程Pi占 用，由于已把一个具体的资源分给了进程Pi，故该有向 边从方框内的某个圆点出发指向进程。
系统 安全
剩余资源数
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银行家算法示例
进程 P1 P2 P3 剩余资源数

26 最大需求量 4② 6② 8③ 1
已占资源数 2 4 5
系统不安全 银行家算法就是不断测试各个进程占用和申请资 源的情况，在保证至少一个进程能得到所需的全 部资源的前提下进行资源的分配。
银行家算法示例
进程
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已有资源数 还要申请资源数

只有当应用于资源的状态可以很容易地保存并在 以后恢复的情况下 (像处理器一样) ，这种方法才 是实用的
死锁的预防(3)

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按序分配
采用资源顺序使用法，破坏环路条件; 循环等待条件可以通过定义资源类型线性顺序来预 防。如果一个进程已经分配到了 R类型资源，它接下 来请求的资源只能是那些排在 R类型之后的资源类型。 和占有等待预防一样，循环等待预防可能是低效的， 它使进程执行速度变慢，并且可能没有必要地拒绝资 源访问。
死锁的预防(1)

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破坏互斥条件
使资源可同时访问而不是互斥使用，是个简单的办 法，磁盘可用这种办法管理,但有许多资源往往是不 能同时访问，所以这种做法许多场合行不通。 所以一般来说，4个条件中的互斥条件不可能禁止。 如果访问资源要求互斥，操作系统必须支持。某些 资源，如文件，可能允许多个读访问，但只允许互斥 的写访问。即使在这种情况下，如果有多个进程要求 写权限，也可能发生死锁。

银行家算法的缺点：
①要求被分配的各类资源数量固定； ②要求用户也要保持不变； ③算法只保证用户在有限时间内得到满足，难以满 足更高响应的要求； ④需要花费很多时间用于不断的测试。
银行家算法示例

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现在有12个资源供三个进程共享，进程1共需要4个资 源，但第一次先申请一个资源；进程2总共需要6个资 源，第一次要求4个资源；进程3总共需要8个资源，第 一次需要5个资源。现在的分配情况如下： 已占资源数 最大需求量 进程 P1 P2 P3 1 4 5 4③ 6② 8③
Available:可利用的资源量； Needi：进程Pi尚需要的各类资源数； Allocation：已经分配给某进程的资源数； Requesti：进程Pi的请求量。
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(1)若Requesti≤Needi，转向步骤(2)，否则出错； (2)若Requesti≤Available，转向步骤(3)，否则表示系统没有足 够的资源，进程Pi必须等待； (3)系统试探分配资源，修改以下数据： Available = Available – Requesti Allocation= Allocation + Requesti Needi = Needi - Requesti (4)执行安全检查：系统是否处于安全状态。 若系统处于安全状态，才正式将资源分配给进程Pi； 若系统不安全，试探分配作废，恢复资源原态，进程Pi等待。
避免死锁的算法——银行家算法

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银行家算法
银行家拥有一笔周转资金。 客户要求分期贷款，如果客户能够得到各期贷款， 就一定能够归还贷款。 银行家应谨慎的贷款，防止出现坏帐。

用银行家算法避免死锁
操作系统(银行家) 操作系统管理的资源(周转资金) 进程(要求贷款的客户)
银行家算法的数据结构
系统拥有某类资源10个 4 2 2
P Q R
4 2 7
对每个请求进行检查，是否会导致不安全状态。 若是，则不满足该请求；否则便满足。 检查状态是否安全的方法是看他是否有足够的资 源满足一个距最大需求最近的客户，如此反复下 去。如果所有投资最终都被收回，则该状态是安 全的，最初的请求可以批准。

银行家算法示例
死锁的预防(2)

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剥夺式分配
采用剥夺式调度方法可破坏第二个条件，但只适用 于对主存资源和处理器资源的分配； 如果占有某些资源的一个进程，其进一步的资源请 求被拒绝，则该进程必须释放它最初的资源； 如果一个进程请求当前被另一个进程占有的一个资 源，操作系统可以剥夺第二个进程，要求它释放资源；
处理死锁的基本方法
死锁的预防 死锁的避免 死锁的检测 死锁的解除（＊）

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死锁的预防

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死锁预防策略是试图设计一种系统，在这样的系 统中排除发生死锁的可能性。 可以把死锁预防方法看作两类
间接的死锁预防方法：即防止前三个必要条件中任 何一个的发生 直接的死锁预防方法：即防止循环等待的发生
死锁的避免

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死锁避免的优点是它不需要死锁预防中的剥夺和 重新运行进程，并且比死锁预防的限制少，但在 使用中也有许多限制。
必须事先声明每个进程请求的最大资源； 考虑的进程必须是无关的，也就是说，它们执行的 顺序必须没有任何同步要求的限制； 分配的资源数目必须是固定的； 在占有资源时，进程不能退出。
银行家算法的安全检查算法
(1)设臵两个向量 Work:系统可提供进程继续运行所需要的各类资源数； 初始值：work = available; Finish:系统能否有足够的资源分配给进程完成 初始值：Finish[i] = false;得到资源后为True (2)从进程集合中找到一个能满足下列条件的进程： Finish[i] = false;Needi≤ available 若找到这样的进程，执行步骤(3)，否则执行步骤(4)；
例2 PV操作使用不当产生死锁
进程Q1 ……… P(S1); P(s2); 使用r1和r2; V(S1); V(S2); 进程Q2 ……… P(s2); P(s1); 使用r1和r2 V(s2); V(S1);
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资源的概念
资源的分类
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a、可再用资源/消耗性资源
可再用资源：可供进程重复使用
预防和避免的比较
方法
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资源分配 各 种 可 能 主要优点 主要缺点 策略 模式 预防 保守的；宁可 一 次 请 求 适 用 于 作 突 发 式 处理的 效率低；进程初始化 时间延长 Prevention 资源闲置（从 所有资源 进程；不必剥夺 机 制 上 使 死 资源剥夺 适 用 于 状 态 可 以 保存和 剥夺次数过多；多次 对资源重新起动 锁条件不成 恢复的资源 立） 资 源 按 序 可以在编译时（而不必在 不 便 灵 活 申 请 新 资 源 申请 运行时）就进行检查 避免 是“预防”和 寻 找 可 能 不必进行剥夺 使用条件：必须知道 将来的资源需求；进 Avoidance “检测”的折 的 安 全 的 程可能会长时间阻 衷（在运行时 运行顺序 塞 判断是否可 能死锁） 检测 宽松的；只要 定 期 检 查 不延长进程初始化时间；通过剥夺解除死锁， Detection 允许，就分配 死 锁 是 否 允 许 对 死 锁 进 行 现场处 造成损失 资源 已经发生 理