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《操作系統(tǒng)原理》科技論文題目：淺談死鎖問題院（系）：軟件學(xué)院專業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：軟件學(xué)院201淺談死鎖問題于文奇（遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院軟件工程11-02遼寧葫蘆島125105）【摘要】：自從操作系統(tǒng)中引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)以后,程序的并發(fā)性所引起的死鎖問題便成了操作系統(tǒng)中我們必須面對(duì)和解決的一個(gè)難題。本文旨在探討操作系統(tǒng)中死鎖的形成原因及其有效地解決辦法,通過實(shí)例和由淺入深的方式對(duì)死鎖問題進(jìn)行了全面而詳細(xì)的探討,由此我們知道,死鎖問題是無法去完全避免和防范的,我們只能盡可能的去完善操作系統(tǒng)中的各項(xiàng)設(shè)計(jì),從而在最大程度上去減少死鎖的發(fā)生。【關(guān)鍵字】：死鎖；死鎖產(chǎn)生的原因；死鎖產(chǎn)生的條件；死鎖的避免；銀行家算法引言多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)在吉大的提高了系統(tǒng)資源的利用率同時(shí)，也產(chǎn)生了諸如死鎖這樣的棘手問題，著給操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn)。能否有效的解決死鎖問題已經(jīng)成為了操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。死鎖的概述死鎖是進(jìn)程死鎖的簡(jiǎn)稱，是由Dijkstra于1965年研究銀行家算法時(shí)首先提出的。所謂死鎖，是指多個(gè)進(jìn)程因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)資源而造成的一種僵局，若無外力推進(jìn)下去，此時(shí)稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生了死鎖，這些永遠(yuǎn)在互相等待的進(jìn)程成為死鎖進(jìn)程。由于資源占用是互斥的，當(dāng)摸個(gè)進(jìn)程提出申請(qǐng)資源之后，似的進(jìn)程在無外力作用下永遠(yuǎn)分配不到必須的資源二無法繼續(xù)進(jìn)行，這就產(chǎn)生了一種特殊現(xiàn)象死鎖。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)的資源分配策略不當(dāng)，更常見的可能是程序員寫的程序有錯(cuò)誤等，則會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程因競(jìng)爭(zhēng)資源不當(dāng)而產(chǎn)生死鎖的現(xiàn)象。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，產(chǎn)生死鎖的原因可以分為兩點(diǎn)：（1）并發(fā)進(jìn)程對(duì)臨界資源的競(jìng)爭(zhēng)。在進(jìn)程并發(fā)環(huán)境下，進(jìn)程需要獨(dú)占某個(gè)系統(tǒng)資源，而這些資源又被進(jìn)程所共享，因此，必然引起進(jìn)程之間對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)。（2）并發(fā)進(jìn)程推進(jìn)順序不當(dāng)。以哲學(xué)家進(jìn)餐問題為例，有5個(gè)哲學(xué)家同時(shí)圍坐在圓桌上進(jìn)餐，每個(gè)哲學(xué)家右手邊放一把叉子，完成就餐需要用兩把叉子。如果5個(gè)哲學(xué)家同時(shí)去拿叉子，則每個(gè)哲學(xué)家只能拿到一把，然而所有哲學(xué)家都在等待另一把得不到的叉子，因此無法完成就餐。這就發(fā)生了死鎖現(xiàn)象。3、死鎖的處理死鎖現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，我們必須對(duì)死鎖進(jìn)行處理以排除死鎖帶來的不便。處理死鎖歸結(jié)起來有四種方法：（1）預(yù)防死鎖。通過設(shè)置某些限制條件，去破壞產(chǎn)生死鎖的4個(gè)必要條件中的一個(gè)或幾個(gè)條件，來防止發(fā)生死鎖。（2）避免死鎖。是指在資源的動(dòng)態(tài)分配過程中，用某種方法防止系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)從而避免死鎖的發(fā)生。（3）檢測(cè)死鎖。這種方法允許系統(tǒng)在運(yùn)行過程中發(fā)生死鎖，但可通過系統(tǒng)設(shè)置的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，及時(shí)地檢測(cè)出死鎖的發(fā)生，并采取適當(dāng)措施，從系統(tǒng)中將已發(fā)生的死鎖清除掉。（4）解除死鎖。這是檢測(cè)死鎖的最終目的。在已檢測(cè)到死鎖的基礎(chǔ)上，采取某種針對(duì)死鎖的措施，將死鎖從系統(tǒng)中排除掉。4、死鎖的預(yù)防（1）摒棄“請(qǐng)求和保持”條件為了摒棄這一條件，系統(tǒng)要求所有進(jìn)程都一次性地申請(qǐng)其所需的全部資源，若系統(tǒng)擁有足夠的資源分配給進(jìn)程時(shí)，便把進(jìn)程所需資源分配給它，這樣，該進(jìn)程在整個(gè)運(yùn)行期間，便不會(huì)再提出資源請(qǐng)求，從而摒棄了請(qǐng)求條件，但只要有一種資源的要求不能滿足，則已有的其他資源也全部不分配給該進(jìn)程，讓進(jìn)程等待。由于在等待期間的進(jìn)程不占有任何資源，因此摒棄了保持條件，從而可以避免發(fā)生死鎖。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，且很安全；但缺點(diǎn)也極其明顯：資源嚴(yán)重浪費(fèi)，一個(gè)進(jìn)程一次獲得共所需的全部資源，嚴(yán)重地惡化了系統(tǒng)的資源利用率；進(jìn)程推遲運(yùn)行，僅當(dāng)進(jìn)程獲得其所需全部資源后，方能開始運(yùn)行，但可能有某些資源長(zhǎng)期被其它進(jìn)程占用，致使進(jìn)程遲遲不能運(yùn)行。（2）摒棄“不剝奪”條件該策略規(guī)定，一個(gè)已保持了某些資源的進(jìn)程，若新的資源要求不能立即得到滿足，它必須釋放已保持的所有資源，以后需要時(shí)再重新申請(qǐng)。這意味著，進(jìn)程已占有資源在運(yùn)行過程中可被剝奪，從而摒棄了“不剝奪條件”。這種策略實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜，且要付出很大代價(jià)。因?yàn)橐粋€(gè)資源在使用一段時(shí)間后被釋放，可能會(huì)造成前階段工作的失效。此外，該策略還可能由于反復(fù)地申請(qǐng)和釋放資源，使進(jìn)程的執(zhí)行無限推遲。這不僅延長(zhǎng)了進(jìn)程的周轉(zhuǎn)時(shí)間，也增加了系統(tǒng)開銷。（3）摒棄“環(huán)路等待”條件該策略規(guī)定，系統(tǒng)將所有的資源按類型進(jìn)行線性排隊(duì)，并賦予不同的序號(hào)。例如，令輸入機(jī)的序號(hào)為1，打印機(jī)的序號(hào)為2，穿孔機(jī)為3，磁帶機(jī)為4，磁盤為5。所有進(jìn)程對(duì)資源請(qǐng)求，必須嚴(yán)格按資源序號(hào)遞增的順序提出，如果申請(qǐng)的資源號(hào)小于已占用的資源序號(hào)，則它必須釋放出序號(hào)小于申請(qǐng)序號(hào)的已占用資源?？梢宰C明系統(tǒng)在任何情況下，不可能進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)（用反證法），因而摒棄了“環(huán)路等待”條件。在采用這種策略時(shí)，由于總有一個(gè)進(jìn)程占據(jù)了較高序號(hào)的資源，它繼續(xù)請(qǐng)求的資源必然是空閑的，因此進(jìn)程可以一直向前推進(jìn)。該策略較之前兩種策略，在資源利用率、系統(tǒng)吞吐量上都有顯蓍提高，但也存在不述嚴(yán)重問題：（1）為系統(tǒng)中各種資源類型分配的序號(hào)，必須相對(duì)穩(wěn)定，這就限制了新設(shè)備類型的增加；（2）盡管在為資源分配序號(hào)時(shí)，已考慮到大多數(shù)作業(yè)實(shí)際使用這些資源的順序，但也經(jīng)常會(huì)發(fā)生作業(yè)使用資源的順序與系統(tǒng)規(guī)定順序不同的情況，造成資源的浪費(fèi)。死鎖的預(yù)防很重要，雖然上面提到的預(yù)防措施都有自身的缺點(diǎn)和局限性，但是也都有各自的優(yōu)點(diǎn)，我們不僅要從理論上了解這些預(yù)防措施，也要在實(shí)際應(yīng)用中靈活的運(yùn)用，要根據(jù)死鎖產(chǎn)生的原因選擇適當(dāng)?shù)姆椒ń鉀Q這些死鎖問題，避免造成更大的麻煩和損失5、死鎖的避免在多數(shù)情況下，用死鎖預(yù)防的策略來防止死鎖發(fā)生時(shí)，無論是間接的死鎖預(yù)防還是直接的死鎖預(yù)防都會(huì)導(dǎo)致低效的資源使用和低效的進(jìn)程執(zhí)行。死鎖避免則是另一種有效的防止死鎖的方法，它需要知道將來的進(jìn)程資源請(qǐng)求的情況。下面是兩種死鎖避免方法：（1）拒絕啟動(dòng)進(jìn)程法（2）銀行家算法該算法的核心是保證操作系統(tǒng)的安全狀態(tài),首先通過實(shí)例來看一下什么是安全狀態(tài)。例如進(jìn)程P需要申請(qǐng)6個(gè)資源（假設(shè)是同一種），已經(jīng)申請(qǐng)了4個(gè)資源，還差2個(gè)資源。若這個(gè)時(shí)候操作系統(tǒng)還剩下1個(gè)資源，顯然，這個(gè)時(shí)候操作系統(tǒng)無論如何都不能再分配資源給進(jìn)程P了，因?yàn)榧词谷拷o了他也不夠，還很可能會(huì)造成死鎖。若這個(gè)時(shí)候操作系統(tǒng)還有2個(gè)資源，無論P(yáng)這一次申請(qǐng)幾個(gè)資源，操作系統(tǒng)都可以滿足他，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)可以保證P不死鎖，只要他不把剩余的資源分配給別人，進(jìn)程P就一定能順利完成任務(wù)。銀行家算法可行是因?yàn)椴还苋魏螘r(shí)候，操作系統(tǒng)分配資源的時(shí)候都可以保證當(dāng)前接受資源的進(jìn)程不會(huì)陷入死鎖，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)總是可以滿足該進(jìn)程需要的資源的。假設(shè)有n個(gè)進(jìn)程{p1,p2,p3,…pn}，最后一個(gè)分配到資源的是pi，pi還需要mi個(gè)資源，假設(shè)此時(shí)操作系統(tǒng)還有m個(gè)資源剩余，那么很顯然m>=mi?；蚣僭O(shè)pj還需要mj個(gè)資源，同理可知m>=mj,也就是說在所有的進(jìn)程中，還需要的資源數(shù)總是有小于m的，這樣就可以保證資源數(shù)永遠(yuǎn)不會(huì)為0，即使可能有為0的暫時(shí)性情況發(fā)生。另外，還需要保證資源數(shù)不會(huì)減少,而且所有已經(jīng)分配到資源的進(jìn)程總有一天會(huì)歸還它所擁有的資源，根據(jù)操作系統(tǒng)再分配的時(shí)候的狀態(tài)即可判定?？梢钥闯?，銀行家算法從避免死鎖的角度上說是非常有效的，但是，從某種意義上說，它缺乏實(shí)用價(jià)值，因?yàn)楹苌儆羞M(jìn)程能夠在運(yùn)行前就知道其所需資源的最大值，而且進(jìn)程數(shù)也不是固定的，往往在不斷地變化（如新用戶登錄或退出），況且原本可用的資源也可能突然間變成不可用（如磁帶機(jī)可能壞掉）。因此，在實(shí)際中，如果有，也只有極少的系統(tǒng)使用銀行家算法來避免死鎖。另外需要指出的是，不安全狀態(tài)并不一定引起死鎖，因?yàn)榭蛻舨⒉灰欢ㄉ暾?qǐng)其最大貸款額度，但銀行家不敢抱有這種僥幸心理。6、死鎖的檢測(cè)與恢復(fù)：死鎖檢測(cè)與恢復(fù)與死鎖預(yù)防相比，具有積極主動(dòng)的一面。死鎖預(yù)防是通過一定的限制約束策略，來防止造成死鎖產(chǎn)生的四個(gè)沖要條件中的任一個(gè)的出現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)避免死鎖的。而死鎖的檢測(cè)是：只要有可能，就向申請(qǐng)資源的進(jìn)程進(jìn)行分配資源。操作系統(tǒng)會(huì)周期性的去檢測(cè)是否存在“環(huán)鏈等待”的出現(xiàn)。如果發(fā)現(xiàn)存在“環(huán)鏈等待”，即出現(xiàn)了死鎖，則會(huì)采取一定的措施來消除死鎖。常用的實(shí)施方法是撤消或掛起一些進(jìn)程，以便回收一些資源，再將這些資源分配給已處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程，使之轉(zhuǎn)為就緒狀態(tài)以繼續(xù)運(yùn)行。需要特別說明的是：死鎖檢測(cè)與恢復(fù)并不能防止死鎖的發(fā)生，它只是確定系統(tǒng)中是否存在死鎖，然后再予以恢復(fù)。7、總結(jié)死鎖是由于各進(jìn)程對(duì)系統(tǒng)中有限資源的競(jìng)爭(zhēng)而引起的進(jìn)程的阻塞。我們可以通過死鎖預(yù)防、死鎖避免以及死鎖檢測(cè)與恢復(fù)三種方法來處理死鎖，這幾種方法的共同目標(biāo)便是消除進(jìn)程的阻塞。由于死鎖是一種隨機(jī)性和不確定性很強(qiáng)的現(xiàn)象，我們無法去完全消除它，對(duì)它的各種處理方法也都是以犧牲一定的系統(tǒng)效率為代價(jià)的，所以，我們還有待于探索和尋求一些更有效的辦法來解決它。合理的分配計(jì)算機(jī)資源是操作系統(tǒng)主要工作之一，有效的處理死鎖是其重要的組成部分。然而由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性，死鎖問題至今仍然難以完全解決，現(xiàn)有的各種解決方法都是以不同程度在犧牲系統(tǒng)效率為代價(jià)的?？傊?，在這里討論死鎖問題，希望本文的討論有利于讀者對(duì)死鎖問題的深刻理解，并深入研究解決死鎖問題的方法?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】[1]湯小丹等.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng).西安電子科技大學(xué)出版社,2007

[2]張堯?qū)W,史美林.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2000

[3]甄志龍,于遠(yuǎn)誠(chéng).OS中死鎖問題的狀態(tài)模型探討[J].通化師范學(xué)院學(xué)報(bào),2005,26:23-25

TalkingaboutthedeadlockproblemYuWenQi(Liaoning[Abstract]:Sincetheintroductionoftheoperatingsystemafterthemulti-channelprogrammingtechniques,proceduresconcurrencydeadlockcausedbytheoperatingsystemhasbecome,andwemustfaceadifficultproblemtosolve.Thispaperaimstoexplorethecausesoftheoperatingsystemandeffectivelydeadlocksolutionsthroughexamplesandprogressiveapproachtothewaythedeadlockacomprehensiveanddetaileddiscussion,whichweknowisnotgoingdeadlockcompletelyavoidedandprevention,wecanonlygoasfaraspossibletheimprovementoft