多线程以及多进程改善了系统资源的利用率并提高了系统的处理能力。然而,并发执行也带来了新的问题,死锁。所谓死锁是指多个线程因竞争资源而造成的一种僵局(互相等待),若无外力作用,这些进程都将无法向前推进。
下面我们通过一些实例来说明死锁现象。
先看生活中的一个实例,2个人一起吃饭但是只有一双筷子,2人轮流吃(同时拥有2只筷子才能吃)。某一个时候,一个拿了左筷子,一人拿了右筷子,2个人都同时占用一个资源,等待另一个资源,这个时候甲在等待乙吃完并释放它占有的筷子,同理,乙也在等待甲吃完并释放它占有的筷子,这样就陷入了一个死循环,谁也无法继续吃饭。
在计算机系统中也存在类似的情况,例如,某计算机系统中只有一台打印机和一台输入设备,进程P1正占用输入设备,同时又提出使用打印机的请求,但此时打印机正被进程P2所占用,而P2在未释放打印机之前,又提出请求使用正被P1占用着的输入设备。这样两个进程相互无休止地等待下去,均无法继续执行,此时两个进程陷入死锁状态。
<强> 1)系统资源的竞争
通常系统中拥有的不可剥夺资源,其数量不足以满足多个进程运行的需要,使得进程在运行过程中,会因争夺资源而陷入僵局,如磁带机,打印机等。只有对不可剥夺资源的竞争才可能产生死锁,对可剥夺资源的竞争是不会引起死锁的。
<强> 2)进程推进顺序非法
进程在运行过程中,请求和释放资源的顺序不当,也同样会导致死锁,例如,并发进程P1, P2分别保持了资源R1, R2,而进程P1申请资源R2,进程P2申请资源R1时,两者都会因为所需资源被占用而阻塞。
信号量使用不当也会造成死锁。进程间彼此相互等待对方发来的消息,结果也会使得这些进程间无法继续向前推进。例如,进程一个等待进程B发的消息,进程B又在等待进程一个发的消息,可以看出进程A和B不是因为竞争同一资源,而是在等待对方的资源导致死锁。
<强> 3)死锁产生的必要条件
产生死锁必须同时满足以下四个条件,只要其中任一条件不成立,死锁就不会发生。
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<李>互斥条件:进程要求对所分配的资源(如打印机)进行排他性控制,即在一段时间内某资源仅为一个进程所占有。此时若有其他进程请求该资源,则请求进程只能等待。
李 <李>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,即只能由获得该资源的进程自己来释放(只能是主动释放)。 <李>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,而该资源已被其他进程占有,此时请求进程被阻塞,但对自己已获得的资源保持不放。 <李>循环等待条件:存在一种进程资源的循环等待链,链中每一个进程已获得的资源同时被链中下一个进程所请求。即存在一个处于等待状态的进程集合{Pl, P2,…pn},其中π等待的资源被P (i + 1)占有(i=0,1,…n - 1), Pn等待的资源被P0占有,如图男童所示。
直观上看,循环等待条件似乎和死锁的定义一样,其实不然。按死锁定义构成等待环所要求的条件更严,它要求π等待的资源必须由p (i + 1)来满足,而循环等待条件则无此限制,例如,系统中有两台输出设备,P0占有一台,PK占有另一台,且K不属于集合{0,1,……n} .
Pn等待一台输出设备,它可以从P0获得,也可能从PK获得。因此,虽然Pn, P0和其他一些进程形成了循环等待圈,但PK不在圈内,若PK释放了输出设备,则可打破循环等待,如图- 18所示,因此循环等待只是死锁的必要条件。
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资源分配图含圈而系统又不一定有死锁的原因是同类资源数大于1。但若系统中每类资源都只有一个资源,则资源分配图含圈就变成了系统出现死锁的充分必要条件。
产生死锁的一个例子
