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死锁的避免

news 2025/7/13 7:50:51

1. 核心思想

死锁避免属于动态预防策略：

不破坏死锁必要条件，而是在资源分配前动态检查安全性。
仅当分配资源后系统仍处于安全状态时，才允许分配；否则让进程等待。

2. 系统安全状态与安全序列

（1）安全状态

定义：系统能按某种进程推进顺序（安全序列） 为所有进程分配资源，使每个进程都能顺利完成。
安全序列：存在一个进程序列 ( ${P_1, P_2, ..., P_n}$ )，使得每个进程 ( $P_i$ ) 的剩余资源需求可通过当前系统可用资源 + 所有 ( $P_j (j < i)$ ) 已分配资源满足。

例：

系统资源总量：(10, 5, 7)
已分配资源：P1: (2, 1, 2), P2: (3, 0, 2), P3: (2, 1, 1)
剩余需求：P1: (3, 4, 7), P2: (1, 2, 2), P3: (0, 1, 1)
可用资源：(3, 3, 2)
安全序列： $( P2 \rightarrow P3 \rightarrow P1 )$ （P2完成后释放资源，满足P3；P3完成后释放资源，满足P1）。

（2）不安全状态

定义：系统找不到任何安全序列，可能导致死锁（但未必已发生死锁）。

3. 银行家算法（Banker's Algorithm）

模拟银行放贷策略，确保资源分配后系统仍安全。

（1）核心数据结构

Available：可用资源向量（当前系统空闲资源）。
Max：最大需求矩阵（每个进程对各类资源的最大需求）。
Allocation：分配矩阵（每个进程已获得的资源）。
Need：需求矩阵（每个进程仍需的资源，( Need[i][j] = Max[i][j] - Allocation[i][j] )）。

（2）分配步骤

进程请求资源：进程 ( P_i ) 发出请求向量 ( Request[i] )。
初步检查：

若 ( Request[i][j] > Need[i][j] )（请求超出需求），拒绝。
若 ( Request[i][j] > Available[j] )（资源不足），进程等待。

3. 试探分配：假设分配资源：

Available[j] -= Request[i][j] 
Allocation[i][j] += Request[i][j] 
Need[i][j] -= Request[i][j]

4.安全性检查：判断分配后系统是否存在安全序列：

初始化 Work = Available，Finish[i] = false。
寻找满足 ( $Need[i][j] \leq Work[j]$ ) 且 ( Finish[i] = false ) 的进程 ( $P_i$ )。
假设 ( $P_i$ ) 完成，释放资源：( Work[j] += Allocation[i][j] )，标记 ( Finish[i] = true )。
重复上述步骤，若所有 ( Finish[i] = true )，则系统安全，允许分配；否则撤销试探，进程等待。

4. 安全状态与死锁的关系

安全状态 → 一定不会死锁。
不安全状态 → 可能死锁（但非必然，取决于进程推进顺序）。
银行家算法的目标：确保系统始终处于安全状态，从而避免死锁。

详细银行家算法请看-- 银行家算法详解-CSDN博客

核心考点 📌

安全序列的判断：根据资源分配情况，能否找到一个进程推进顺序使所有进程完成。
银行家算法步骤：请求检查 → 试探分配 → 安全性检查 → 决定是否分配。
安全状态的意义：是避免死锁的核心，系统必须在安全状态下才能分配资源。

总结

死锁避免通过动态检查资源分配安全性来预防死锁，不破坏必要条件。系统安全状态指存在进程执行序列（安全序列）使所有进程都能完成，银行家算法模拟银行放贷策略，在分配资源前检查系统是否仍安全。其核心步骤包括请求检查、试探分配和安全性检查，确保每次分配后系统存在安全序列。安全状态一定不会死锁，不安全状态可能死锁。银行家算法通过维持安全状态避免死锁。