操作系统-死锁产生，预防，避免，检测

从以下几个方面总结了死锁的相关概念：

1. 死锁产生的条件
2. 死锁的预防策略
3. 死锁避免的方法
4. 死锁检测

死锁条件

说死锁条件之前先要谈一个问题:可重用资源和可消耗资源
可重用资源
资源通常分为两类：可重用资源和可消耗资源。可重用资源是指一次仅供一个进程安全使用且不因使用而耗尽的资源。进程得到资源单元并使用后，会释放这些单元供其他进程继续使用。可重用资源的例子包括：处理器，i/o通道，内存和外村，设备，以及诸如文件，数据库和信号量之类的数据结构。
可重用死锁的例子：两个相互竞争的进程都占用一个资源并请求另一个资源时，就会发生死锁。有点像是两个小朋友，每个人都有一个棒棒糖，但是他们都想要对方手里的棒棒糖，而且谁也不放手，这样就会卡在这里，这样就造成了思索。
可消耗资源
可消耗资源是指可被创建和消耗的资源。某种类型可消耗资源的数量通常没有限制，无阻塞生产进程可以创建任意数量的这类资源。消费进程得到一个资源时，该资源呢就不再存在。
可消耗资源的例子是：中断，信号，消息和i/o缓冲区的信息。
可消耗资源的死锁有可能出现在以下场景：
两个进程都在等待对方给自己发送信息，然后再给那个进程发送一条信息。

下面来说死锁产生的必要条件：
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。
占用且等待：当一个进程等待其他进程时，继续占有已分配的资源。
不可抢占：不能强行抢占已占用的资源。
循环等待：存在一个闭合的进程链，每个进程至少占用此链中下一个进程所需要的一个资源。

死锁预防

死锁预防分为两类：
间接死锁预防方法：防止前面列出的前三个必要条件中的任何一个。
直接死锁预防方法：防止循环等待的发生。

互斥
一般来说，第一个条件不可禁止。需要对资源进行互斥访问，那么操作系统就必须支持互斥。

占用且等待
预防占用且等待的条件，可以要求进程一次性地请求所有需要地资源，并阻塞这个进程直到所有资源都被满足。
但是这种方法，效率比较底下。主要体现在两个方面：
一个原因是，一个进程事先并不知道自己所需要的所有进程。
另一个原因可能是，一个进程可能需要一部分资源就可以继续执行，但是却要它阻塞很长一段时间直到满足所有资源。或者是一个资源已经分配给了它，但是它在很长一段时间内都不会使用到它，然而这个资源也不能被其他进程使用。

不可抢占
预防不可抢占地方法有几种：
一：占有某些资源的某个进程进一步申请资源时被拒绝，则该进程必须释放其最初占有的资源，必要时可再次申请这些资源和其他资源。
二：一个进程请求当前被另一个进程占有的资源时，操作系统可以抢占另一个进程，要求它释放资源，这种方式只能在任意两个进程的优先级都不同的情况下，才能预防死锁。

循环等待
循环等待条件可以通过定义资源类型的线性顺序来预防死锁。
若一个进程已经分配了R类型的资源，则其接下来请求的资源只能是那些排在R类型的之后的资源。
假设，给每种资源类型指定一个下标，当i

死锁避免

首先，死锁避免与死锁预防的区别：死锁避免与死锁预防相比，可允许更多并发。在死锁避免中，是否允许当前的资源分配请求是通过判断该请求是否可能导致死锁来决定的。因此，死锁避免是需要知道未来进程资源请求的情况。
两种死锁避免情况：
1，若一个进程的请求会导致死锁，则不启动该进程。
2，若一个进程增加的资源请求会导致死锁，则不允许这一资源分配。
资源分配拒绝
被称为银行家算法。
首先需要定义安全状态与不安全状态。
安全状态是指：至少有一个资源分配序列不会导致死锁。
不安全状态是指：非安全状态的一个状态。
该策略能确保系统中的进程和资源总处于安全状态。进程请求一组资源时，假设同意该请求，因而改变了系统的状态，然后确定结果是否仍处于安全状态。如果是，同意这个请求；如果不是，阻塞该进程直到同意该请求后系统状态仍然是安全的。

具体算法实现可以参考：
c/c++银行家算法
银行家算法

死锁避免的优点是，无需死锁预防中的抢占和回滚进程，且与死锁预防相比限制更小，但是，它在使用中也有许多限制。

• 必须事先声明每个进程请求的最大资源。
• 所讨论进程必须是无关的，即他们的执行顺序必须没有任何同步的要求。
• 分配资源数量必须是固定的。
• 在占用资源是，进程不能退出。

死锁检测

操作系统允许死锁的发生，但是操作系统会不断监视系统的进展情况，判断死锁是否真的发生，一旦死锁真的发生则采取专门的措施，解除死锁并以最小的代价恢复操作系统的运行。

检测死锁的时机：
- 当进程由于资源请求不满足而等待时检测死锁—-系统开销太大
定时检测
- 系统资源利用率下降时检测死锁

一个简单的死锁检测算法

• 每个进程、每个资源制定唯一编号
• 设定一张资源分配表，记录各进程与占用资源之间的关系
• 设置一张进程等待表，记录各进程与要申请资源之间的关系

举例说明：

资源分配图：

资源	进程
r1	p2
r2	p5
r3	p4
r4	p1
…	…

进程等待表：

进程	资源
p1	r2
p2	r3
p4	r4
…	…

分析：此时：p1->r2->p2->r3->p4->r4->p1环路此时已经死锁。

恢复死锁
下面按复杂度递增的顺序列出可能的方法
1. 取消所有的死锁进程
2. 进程回滚到前面定义的某些检查点。要求必须有回滚和重启机制。风险是原来的死锁可能再次发生。
3. 连续取消死锁进程直到不再产生死锁。
4. 连续抢占资源直到不再产生死锁。