死鎖的特徵
- 哲學家用餐死鎖問題
- 哲學家死鎖當所有人同時拿到一側的筷子的時候，就會發生永久等待的現象
- DEADLOCK(死鎖的定義)
- In a multiprogramming environment(多道程式設計環境),several（一些） process may compete（競爭） for a finite（有限） number of resources.（在多道程式設計環境中，一些程序可能會競爭有限數量的資源。）
- A process requesets resources;if the resources are not available at the that time ,the process enters a waiting state.
- Sometimes a waiting process is never again able to change state,because the resources it has requested are held by other waiting process.
- this situation is called a deadlock.
- 死鎖與飢餓
- 飢餓：程序長時間的等待。
- e.g低優先順序程序總是等待高優先順序所佔有的程序。
- 死鎖：迴圈等待資源
- A和B分別佔有印表機和掃描器
- 同時分別申請掃描器和印表機
- 死鎖=>飢餓（但是飢餓無法推出死鎖）
- 飢餓可能終止
- 如果無外部干擾，死鎖無法終止
- 產生死鎖的四個必要條件
- 互斥使用
- 一個時刻，一個資源僅能被一個程序佔有。
- 不可剝奪
- 除了資源佔有程序主動釋放資源，其他程序都不可搶奪其資源。
- 佔有和等待
- 一個程序請求資源得不到滿足，等待時不釋放已佔有資源。
- 迴圈等待（上面三個條件同時存在產生的結果）
- 每一個程序分別等待它前一個程序所佔有的資源
- methonds for handling deadlocks(處理死鎖的方法)
- Deadlocks are NOT allowed(允許) to appear（出現）.We must prevent（預防） or avoid（避免） deadlock state.
- Deadlocks are allowed to appear,but the system can detect(檢測) them and recover(恢復).
- We pretend that deadlocks never occur(發生) in the system.(我們假裝系統從未發生死鎖)
- 死鎖的解決方案
- 死鎖的防止（Prevention）
- 破壞四個必要條件之一
- 死鎖的避免（avoidance）
- 允許四個必要條件同時發生，在併發程序中做出妥善安排避免死鎖的發生
- 死鎖的檢測和恢復（dectection && recovery）
- 允許死鎖的發生，系統及時地檢測死鎖並解除它。
死鎖的預防
- 破壞死鎖任一必要條件
- 互斥使用=>允許資源共享使用
- 這不太可行，鎖就是為了解決這個問題。
- 不可剝奪=>資源可被搶奪
- 雖然是有時間片，cpu的排程的方式，但是在軟體上去實現還是不可以行的。
- 佔有和等待=>（一開始就把所有資源都申請了，或者是一個資源都不申請）
- 迴圈等待=>（去對所有資源進行一個排序，高等級資源的申請的前提是已經擁有所有低等級的資源）
死鎖的避免
- 安全狀態（safe state）
- A state is safe if the system can allocate(分配) resource resource to each process(up to its maximum(分配最大的資源)) in some order（以某一個特定的順序） and still avoid a deadlock.More formally ,a system is in a safe state only if there exists a safe sequence(安全序列).
- If no such sequence exists,then the system state is said to be unsafe.（如果不存在任何一個安全序列，那麼系統就是不安全狀態）
- A safe state is NOT a deadlocked state.（如果一個系統被評估為安全狀態，那麼它就不會存在死鎖狀態）
- An unsafe state MAY lead to a deadlock.(一個不安全狀態的系統可能會導致死鎖)
- 死鎖的避免概念
- 系統對程序的每一次資源申請都進行詳細的計算，根據結果決定是分配資源還是讓其等待，確保系統始終處於安全狀態，避免死鎖的發生。
- 銀行家演算法（Banker's algorithm）
- 已知系統中所有資源的種類和數量
- 已知程序所需要的各類資源最大需求量
- 該演算法可以計算出當前的系統狀態是否安全（尋找安全序列）
- 安全演算法：只需要找到一個安全序列，那麼系統就處於安全狀態。
- 銀行家演算法的優缺點
- 優點：允許死鎖必要條件同時存在
- 缺點：缺乏實用價值
- 程序執行前就要求知道其所需資源的最大數量。
- 要求程序是無關的，若考慮同步情況，可能會打擾安全序列。
- 要求進入系統的程序個數和資源固定。
死鎖的檢測
- 死鎖的檢測與恢復
- 允許死鎖發生，作業系統不斷監測系統進展情況，判斷死鎖是否發生
- 一旦死鎖發生則採取專門的措施，解除死鎖並以最小的代價恢復作業系統執行
- 死鎖檢測時機
- 當程序等待時檢測死鎖（系統開銷大）：如果系統檢測到開銷很大，很多程序都在等待。
- 定時檢測
- 系統資源利用率下降時檢測死鎖
- 資源分配圖表示法
- 資源類（資源的不同型別）（方框，幾個方框就有幾個類）
- 資源例項（存在於每個資源中）（方框中的黑點）
- 程序（圓形）
- 申請邊（程序指向資源）
- 分配邊（資源指向程序）
- 資源分配圖圖例
- 無環一定不會出現死鎖，有環才有可能出現死鎖
- 對於這個圖例，p3執行完成之後，就會釋放r2資源，那麼就不會形成死鎖現象了
- 在該圖中一共有三個申請邊，然後都陷入迴圈等待狀態中，產生死鎖狀態。
- 對於申請邊，r1的資源會被p2程序釋放出來，不會陷入一直迴圈等待狀態。
- 資源分配圖的簡化
- 消除申請邊和分配邊
- 根據程序的結束去釋放分配邊，然後去滿足申請邊，並消去申請邊。
- 死鎖定理
- 如果能在“資源分配圖”中消去某程序的所有請求邊和分配邊，則稱該程序為孤立節點
- 可完全簡化
- 不可完全簡化
- 系統為死鎖狀態的充分條件是：當前僅當該狀態的“程序-資源分配圖”是不可完全簡化的。該充分條件稱為死鎖定理。
- 死鎖的解除
- 中止程序，強制回收資源
- 交通問題：將某列火車吊起來
- 哲學家問題：將某個哲學家射死
- 剝奪資源，但是不終止程序
- 程序回退（roll back）
- 就像DVD的回退，好像最近一段時間什麼事情都沒發生
- 交通問題：讓某列火車倒車
- 哲學家問題：讓某個哲學家放下一個筷子
- 重新啟動
- 沒有辦法的辦法，但是一個肯定有效的問題
- 其實window系統態度是佛系態度，並不會干預程序。只是提供一個按鍵，給我們關閉它。
