第三章处理机调度与死锁（二）

3.6 预防死锁

1. 破坏“请求和保持”条件

所有进程在开始运行之前，必须一次性地申请其在整个运行过程中所需的全部资源。

优点：简单、易行且安全
缺点：①资源被严重浪费 ②使进程经常会发生饥饿现象

2. 破坏“不可抢占”条件

允许进程先运行，提出新的资源请求而不能得到满足时，必须释放已经保持的所有资源，待以后需要时重新申请。
实现比较复杂，且需付出很大代价，可能会造成进程前一阶段工作的失效，反复申请和释放资源。

3. 破坏“循环等待”条件

对系统所有资源类型进行线性排序，并赋予不同的序号，每个进程必须按序号递增的顺序请求资源。在采用这种策略后所形成的资源分配图中，不可能再出现环路。
与前两种策略比较，其资源利用率和系统吞吐量都有较明显的改善，但也存在以下问题：
3. 为系统中各类资源所规定的序号，限制了新类型设备的增加；
4. 作业使用各类资源的顺序与系统规定的顺序不同；
5. 会限制用户编程自由。

3.7 避免死锁

1. 安全状态：是指系统能按某种进程推进顺序（P1，P2，…，Pn）为每个进程Pi分配其所需资源，直至满足每个进程对资源的最大需求，使每个进程都可顺利地完成。

（P1，P2，…，Pn）为安全序列。
6. 最终释放的总资源为所有资源总和，可检查是否计算出错。
7. 并非所有不安全状态都必然会转为死锁状态，不安全状态一旦出错才有可能转为死锁状态。
8. 只要系统处于安全状态，系统便不会进入死锁状态。

2.利用银行家算法避免死锁

数据结构：
①可利用资源向量Available
②最大需求矩阵Max
③分配矩阵Allocation
④需求矩阵Need
银行家算法：
设Request是进程Pi的请求向量，如果Request[j] = K，表示进程Pi需要K个Rj类型的资源。当Pi发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：
①如果Request[j]≤Need[i , j]，便转向步骤②；否则认为出错，因为它所需要的资源数已超过它所宣布的最大值。
②如果Request[j]≤Available[j]，便转向步骤③；否则，表示尚无足够的资源，Pi须等待。
③系统试探着把资源分配给进程Pi，并修改下面数据结构中的数值：
Available[j] -= Request[j]；
Allocation[i , j] += Request[j]；
Need[i , j] -= Request[j]；
④系统执行安全性算法，检查此次资源分配后系统是否处于安全状态。若安全，才正式将资源分配给进程Pi，以完成本次分配；否则，将本次的试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程Pi等待。
安全性算法
①设置两个向量：①工作向量Work，它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目，它含有m个元素，在执行安全算法开始时，Work = Available；②Finish：它表示系统是否有足够的资源分配给进程，使之运行完成。开始时先做Finish[i] = false；当有足够资源分配给进程时，再令Finish = true。
②从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：
Finish[i] = false；
Need[i , j] ≤ Work[j]；
若找到，执行步骤③，否则，执行步骤④。
③当进程Pi获得资源后，可顺利执行，直至完成，并释放出分配给它的资源，故应执行：
Work[j] += Allocation[i , j]；
Finish[i] = true；
go to step 2；
④如果所有进程的Finish[i] = true都满足，则表示系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态。
银行家算法示例
假定系统中有五个进程{P0,P1,P2,P3,P4}和三类资源{A,B,C}，各种资源的数量分别为10、5、7，在T0时刻的资源分配情况如图所示。

计算举例：当前T0时刻是否安全？
利用安全性算法在下表找一个安全序列{P1,P3,P4,P2,P0}，故是安全的。（最后检查应是资源释放完后又回到10、5、7 ）

在这里插入图片描述

（1）T0时刻的初始状态是安全的；
（2）下面出现P1请求资源的操作，具体请求向量为Request1(1,0,2)，利用银行家算法进行检查该操作是否是安全可行的：
1）两个基本判断
Request1(1,0,2)<=Need1(1,2,2)
Request1(1,0,2)<=Available1(3,3,2)
2）先假设为P1分配资源，并修改Available,Allocation1和Need1向量。
3） Request1(1,0,2)后新的资源状态表下再判断新资源状态是否是安全的。
找到一个安全序列{P1,P3,P4,P0,P2}，因此系统是安全的，该请求是安全的，可将假设真正实施，将P1所申请的资源分配给它。
在这里插入图片描述
问：P4发出请求向量Request（3,3,0），可否分配资源？
1）Request（3,3,0）≤Need（4,3,1）；
2）Request（3,3,0）≥Available（2,3,0），P4等待
问：P0发出请求向量Request0(0,2,0)，可否分配资源？
1）Request0(0,2,0)<=Need0(7,4,3);
2）Request0(0,2,0)<=Available(2,3,0)；
3）系统暂时先假定可为P0分配资源，并修改有关数据，见下表：
在这里插入图片描述
Available(2,1,0)不能满足任何finish=false进程的需求，如果分配会使系统进入不安全状态，所以不能分配资源。
如果把P0发出的请求向量改为Request0(0,1,0)，如下图：