操作系统精髓与设计原理--并发性：死锁和饥饿

死锁原理：

死锁可以被定义成一组竞争系统资源或互相通信的进程间的相互的“永久”阻塞。

当一组进程中的所有进程都在等待一个事件(等待请求资源的释放)，而只有在进程集合中的其他阻塞的进程才可以触发该事件，这时就称一组进程死锁。

资源：

资源通常可分为两类：

(1)可重用的：一次只能供一个进程安全的使用，并且不会由于使用而耗尽的资源。进程得到资源单元，后来又释放这些单元，供其它进程再次使用。

可重用资源的例子包括：处理器，I/O通道，主存和辅存，设备以及诸如文件，数据库和信号量之类的数据结构。

(2)可消费的：可消费资源是指可以创建(生产)并且可以销毁(消费)的资源。

可消费资源的例子有中断，信号，消息和I/O缓冲区中的信息。

死锁的条件：

1.互斥：一次只有一个进程可以使用一个资源，其他进程不能访问已分配给其他进程的资源。

2.占有且等待：当一个进程在等待分配得到其他资源时，其继续占有已分配得到的资源。

3.非抢占：不能强行抢占进程中已占有的资源

满足上述三个条件可能会存在死锁，但是只有这三个条件，则不一定产生死锁。

死锁需要的第四个条件：

4.循环等待

存在一个封闭的进程链，使得每个资源至少占有此链中下一个进程所需要的一个资源。

处理死锁的三种方式：

预防 检测 避免 

(1)采用某种策略来消除条件1至4中的一个条件的出现来防止死锁。

(2)基于资源分配的当前状态做动态选择来避免死锁

(3)试图检测死锁的存在并且试图从死锁中恢复出来。

//////////////////////////////按照如上的顺序对死锁的处理进行讨论如下//////////////////

(1)死锁预防

分为两类：

1.间接的死锁预防，防止前面列出的三个必要条件中任何一个的发生。

2.直接的死锁预防，防止循环等待的发生。

对三个必要条件：

互斥：不可能禁止。

占有且等待：

措施：一次性的请求所有需要的资源，并且阻塞这个进程直到所有请求都同时满足。

缺点：

(1)一个进程可能被阻塞很长时间以等待满足其所有的资源请求

(2)分配给一个进程的资源可能有相当长的一段时间处于不可用状态，在此期间，它们不能被其他进程使用。另一个问题是一个进程可能事先并不会知道它所需要的所有资源。

非抢占：

(1)如果占有某些资源的一个进程进行进一步资源请求被拒绝，则该进程必须释放它最初占用的资源，如果有必要可再次请求这些资源和另外的资源。

(2)如果一个进程请求当前被另一个进程占有的一个资源，则操作系统可以抢占另一个进程要求他释放资源。

循环等待：

措施：

通过定义资源类型的线性顺序来预防。如果一个进程已经分配到了R类型资源，那么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。

(2)死锁避免

死锁预防：通过约束资源请求，防止4个死锁条件中至少一个的发生，这可以通过防止放生三个必要策略条件中的一个（互斥，占有且等待，非抢占）间接完成也可以通过防止预防等待直接完成，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：它允许三个必要条件，但是通过明智的选择，确保永远不会到达死锁点，因此死锁避免比死锁预防允许更多的并发。

死锁避免需要知道将来的进程资源请求的情况。

1.如果一个进程的请求会导致死锁那就不启动此进程。

2.如果一个进程增加资源的请求会导致死锁，则不允许此分配。

对于1.：

如果一个新进程的资源需求会导致死锁，则拒绝这个新进程。

资源分配拒绝(银行家算法)这个蛮重要的，我没详细写是因为我知道，如果不清楚的最好看一看

安全状态：至少有一个进程执行序列不会导致死锁

不安全状态：不安全的一个状态

综合的死锁策略：

在不同情况下使用不同的策略去解决死锁

UNIX的并发机制：

(1)管道(2)消息(3)共享存储区(4)信号量(5)信号

管道，消息和共享存储区提供了进程间传递数据的方法

而信号量和信号则用于其他进程的触发行为

管道：环形缓冲区

允许两个进程以生产者/消费者的模型进行通信，因此这是一个先进先出队列，由一个进程写，而另一个进程读。

无名管道：有亲缘关系的进程

有名管道：都可以

消息：有类型的一段文本

共享存储区：进程间同信速度最快的形式，每个进程有一个只读或都写的权限。互斥约束不属于共享存储区机制的一部分，但必须由使用共享存储区的进程提供。

信号量：以集合的形式创建的

(1)信号量当前的值

(2)在信号量上操作的最后一个进程的进程ID

(3)等待该信号量的值大于当前值得进程数

(4)等待该信号量的值为0的进程数

信号：

用于通知发生一个进程同步事件的软件机制。

原子操作：

避免简单的竞争条件，原子操作的执行不会被打断或被干涉。

自旋锁：

保护临界区，同一时刻只有一个线程能获得自旋锁。

其他企图获得自旋锁的任何线程将一直进行尝试，直到获得了该锁。

自旋锁建立在内存区的一个整数上，任何线程进入临界区之前都必须检查该整数。

如果该值是0，则线程设置该值为1，然后进入临界区。如果该值非0，则该线程继续检查该值，直到它为0.

缺点：锁外面的线程以忙等待(线程在进入代码不断循环)的方式继续执行