王道操作系统笔记，视频链接：2.4.2 死锁的处理策略—预防死锁

知识总览

1. 死锁的处理：
   • 不允许死锁发生
     • 静态策略：预防死锁（本节重点）
       • 破坏互斥条件
       • 破坏不剥夺条件
       • 破坏请求和保持条件
       • 破坏循环等待条件
     • 动态策略：避免死锁
   • 允许死锁发生
     • 死锁的检测和解除
2. 知识回顾：死锁的产生必须满足四个必要条件，只要其中一个或者几个条件不满足，死锁就不会发生。

破坏互斥条件

1. 互斥条件：只有对必须互斥使用的资源的争抢才会导致死锁。
2. 如果把只能互斥使用的资源改造为允许共享使用，则系统不会进入死锁状态。
   • 比如：SPOOLing技术，操作系统可以采用 SPOOLing 技术把独占设备在逻辑上改造成共享设备。
   • 用SPOOLing技术将打印机改造为共享设备：
     • 改造前：进程1还没用完打印机之前，进程2申请使用打印机会阻塞
     • 改造后：使用了SPOOLing技术后，在各进程看来，自己对打印机资源的使用请求立即就被接收处理了（由输出进程接收，然后按顺序处理），不需要再阻塞等待
   • SPOOLing技术会在之后章节讲解。
3. 缺点：
   • 并不是所有的资源都可以改造成可共享使用的资源。
   • 并且为了系统安全，很多地方还必须保护这种互斥性。
   • 因此，很多时候都无法破坏互斥条件。

破坏不剥夺条件

1. 不剥夺条件：进程所获得的资源在未使用完之前，不能由其他进程强行夺走，只能主动释放。
2. 破坏不剥夺条件：
   • 方案一：
     • 当某个进程请求新的资源得不到满足时，
     • 它必须立即释放保持的所有资源，待以后需要时再重新申请。
     • 也就是说，即使某些资源尚未使用完，也需要主动释放，从而破坏了不可剥夺条件。
   • 方案二：
     • 当某个进程需要的资源被其他进程所占有的时候，
     • 可以由操作系统协助，将想要的资源强行剥夺。
     • 这种方式一般需要考虑各进程的优先级
     • 比如：剥夺调度方式，就是将处理机资源强行剥夺给优先级更高的进程使用
   • 也就是要么主动释放，要么被动释放（被剥夺）
3. 缺点：
   • 实现起来比较复杂。
   • 释放已获得的资源可能造成前一阶段工作的失效。
     • 因此这种方法一般只适用于易保存和恢复状态的资源，如CPU。
   • 反复地申请和释放资源会增加系统开销，降低系统吞吐量。
   • 若采用方案一，意味着只要暂时得不到某个资源，之前获得的那些资源就都需要放弃，以后再重新申请。
     • 如果一直发生这样的情况，就会导致进程饥饿。

破坏请求和保持条件

1. 请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源又被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但又对自己已有的资源保持不放。
2. 可以采用静态分配方法，
   • 即进程在运行前一次申请完它所需要的全部资源，
   • 在它的资源未满足前，不让她投入运行。
   • 一旦投入运行后，这些资源就一直归它所有，
   • 该进程就不会再请求别的任何资源了。
   • 举个例子：
     • 原来：要A和B资源，系统检查，有A就给A，有B就给B
     • 该方法：要A和B资源，系统检查，如果AB都有，那就都给，如果一者没有或都没有，那么进程A和B都拿不到，也就是要么不拿，要么全拿
3. 缺点：
   • ①有些资源可能只需要用很短的时间，
   • 因此如果进程的整个运行期间都一直保持着所有资源，
   • 就会造成严重的资源浪费，资源利用率极低。
   • ②另外，该策略也有可能导致某些进程饥饿。
     • 比如C类进程要资源1和2，A类进程要资源1，B类进程要资源2，
     • 只要A和B源源不断，C就可能被饿死
4. 和前面破坏不剥夺条件方法一的区别：
   • 举例说明：如果进程需要进行两步，第一步只要A资源，第二步A和B资源都要，
   • 那么前面的方法一就是，刚开始进程拿到A了，就走了第一步，
   • 第二步想要B，发现没有，就把之前的A也释放了，后续需要重新申请A和B。
   • 而该方法是最开始就需要把A和B都拿到，开始后A和B都不释放，要进程运行完了才释放，
   • 如果最开始就没拿到A和B，那么就不开始。

破坏循环等待条件

1. 循环等待条件：存在一种进程资源的循环等待链，链中的每一个进程已获得的资源同时被下一个进程所请求。
2. 可采用顺序资源分配法。
   • 首先给系统中的资源编号，
   • 规定每个进程必须按编号递增的顺序请求资源，
   • 同类资源（即编号相同的资源）一次申请完。
     • 也就是如果要两只筷子，那么两只筷子需要一次性申请，
     • 不能先拿一只再拿另一只
3. 原理分析：
   • 一个进程只有已占有小编号的资源时，才有资格申请更大编号的资源。
   • 按此规则，已持有大编号资源的进程不可能逆向地回来申请小编号的资源，
   • 从而就不会产生循环等待的现象。
     • 比如进程需要资源1、2、3，那么申请资源2、3之前，必须占用了资源1。
   • 假设系统中共有10个资源，编号为1, 2, … 10：
     • 在任何一个时刻，总有一个进程拥有的资源编号是最大的，
     • 那这个进程申请之后的资源必然畅通无阻。
     • 因此，不可能出现所有进程都阻塞的死锁现象
4. 缺点：
   • 不方便增加新的设备，因为可能需要重新分配所有的编号；
   • 进程实际使用资源的顺序可能和编号递增顺序不一致，会导致资源浪费；
     • 比如资源2是扫描仪，资源1是打印机，
     • 进程要先用扫描仪扫描，再用打印机打印，
     • 但是因为打印机顺序优先，所以进程申请扫描仪前需要先申请打印机，
     • 此时打印机就会被占用，但是不会被使用，造成资源浪费
   • 必须按规定次序申请资源，用户编程麻烦。
     • 比如对于不同系统，扫描仪和打印机的编号顺序不同，
     • 程序代码也需要按顺序修改，很不方便。

知识回顾与重要考点