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2.4_4 死锁的检测和解除

  如果系统中既不采取预防死锁的措施，也不采取避免死锁的措施，系统就很可能发生死锁。在这种情况下，系统应当提供两个算法：

  1.死锁检测算法：用于检测系统状态，以确定系统中是否发生了死锁。

  2.死锁解除算法：当认定系统中已经发生了死锁，利用该算法可将系统从死锁状态中解脱出来。

（一）死锁的检测

  为了能对系统是否已发生了死锁进行检测，必须：

  1.用某种数据结构来保存资源的请求和分配信息；

  2.提供一种算法，利用上述信息来检测系统是否已进入死锁状态。

  注：如果学习过数据结构中的“图”，则可以尝试着具体定义一下这个数据结构。

  如果系统中剩余的可用资源数足够满足进程的需求，那么这个进程暂时是不会阻塞的，可以顺利地执行下去。

  例如上图中的进程P1，它申请了1个R2资源，此外，R2资源此时分配了1个给P2进程。所以，P1进程对于R2资源的请求是可以被满足的，不会被阻塞，可以顺利执行下去。

  但是，对于P2进程请求R1来说，由于此时R1资源已经分配出去了2个给P1、1个给P2，那么P2对于R1资源再次的请求1个，就无法被满足。

  如果这个进程执行结束了把资源归还系统，就可能使某些正在等待资源的进程被激活，并顺利地执行下去。

  刚才说了，P1对于R2资源的请求是可以顺利执行的。那么等到P1执行完毕，就会归还它所使用的资源。

  注：某个进程在进行请求资源、使用完毕、归还资源之后，该进程所对应的“请求边”、“分配边”就可以从图中删去，如下图所示。

  刚刚我们说了，P2对于R1资源的请求是无法满足、阻塞的。然而，当此时P1归还系统资源后，R1资源的数量又足够满足P2了，因此P2就会被唤醒，并正常执行。

  同理，等P2执行完之后，它也会归还所有的资源。所以，我们也可以把P2相连的边全部删去，如下图所示。

  如果按上述过程分析，最终能消除所有边，就称这个图是可完全简化的。此时一定没有发生死锁（相当于能找到一个安全序列）。

  其本质其实和上一小节银行家算法的过程是一致的。我们经过比对，发现P1能够满足，于是把P1加入安全序列，让P1执行，执行完毕归还资源。归还资源后，我们再次经过比对，发现P2能够满足，于是把P2加入安全序列，让P2执行……

  如果最终不能消除所有边，那么此时就是发生了死锁。

  最终还连着边的那些进程就是处于死锁状态的进程。

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例子：

  如图。此时，可以顺利执行的，只有P3进程。当P3执行完毕之后，归还资源。

  此时，可以发现，P1想要申请R2资源，但无法满足，因此P1会被阻塞；P2想要申请R1资源，但无法满足，因此P2也会被阻塞。

  我们无法消除这些边，系统发生了死锁。

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检测死锁的算法：

  1.在资源分配图中，找出既不阻塞又不是孤点的进程Pi。消去它所有的请求边和分配边，使之成为孤立的结点。在下图中，P1是满足条件的进程结点，于是将P1的所有边消去。

  “不阻塞”的意思是，这个进程申请的资源数量足够满足它的需求，比如像P1进程就是不阻塞的进程，而P2进程就是阻塞的进程。

  “孤点”的意思是，这个图中，没有任何边与这个结点相连，则这个结点就是孤点。下图中，P1、P2此时都不是孤点。

  因此，此时满足“既不阻塞、又不是孤点”的进程，就是P1进程。

  2.进程Pi所释放的资源，可以唤醒某些因等待这些资源而阻塞的进程，原来的阻塞进程可能变为非阻塞进程。在下图中，P2就满足这样的条件。同理，依旧按照“1”中的处理逻辑对其进行简化。

  按照第1步中的逻辑，进行同样的操作。在下图中，“既不阻塞、又不是孤点”的进程就是P2，我们消去它所有的请求边和分配边即可。

  最终，若能消去图中所有的边，则称该图是可完全简化的。

  死锁定理：如果某时刻系统的资源分配图是不可完全简化的，那么此时系统死锁。

  至此，我们已经解决了第一步问题——我们已经可以有办法检测出“系统是否发生了死锁”。

  接下来，我们就可以想办法——“怎么解除死锁”。

（二）死锁的解除

  一旦检测出死锁的发生，就应该立即解除死锁。

  注意：系统中有死锁的发生，并不代表着系统中所有的进程都是死锁状态。我们在用死锁检测算法化简资源分配图后，还连着边的那些进程就是死锁进程。

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解除死锁的主要方法：

  1.资源剥夺法

  挂起（即暂时放到外存上）某些死锁进程，并抢占它的资源，将这些资源分配给其他的死锁进程。但是应防止被挂起的进程长时间得不到资源而饥饿。

  注意：既然“挂起某些死锁进程”，那么我们要挂起的进程就不能是非死锁进程。如下图，此时P1、P2处于死锁，而P3并不是死锁。因此我们就不能挂起P3，而只能挂起P1或者P2。

  2.撤销进程法（或称终止进程法）

  强制撤销部分、甚至全部死锁进程，并剥夺这些进程的资源。这种方式的优点是实现简单，但所付出的代价可能会很大。因为有些进程可能已经运行了很长时间，已经接近结束了，一旦被终止可谓是功亏一篑，以后还得从头再来。

  3.进程回退法

  让一个或多个死锁进程回退到足以避免死锁的地步。这就要求系统要记录进程的历史信息，设置还原点。

  如上图中，对于P1进程，我们可以让它回退到“P1只持有1个R1资源”的时候。回退到此，便能够保证P2进程顺利执行下去，从而解决死锁问题。

思考：如何决定“对谁动手”

  即，无论使用上述三种方法中的哪一种，总之，我们要对哪个死锁进程下手？或者说，让哪个进程做出牺牲？——剥夺它的资源 / 终止它 / 回退它。

  可以从以下这些角度来做出考虑。

  1.进程优先级。

  优先级低的，我们可以对它下手。

  2.已执行多长时间。

  执行时间越长，说明对它下手，所付出的代价可能会更大。所以我们可以选择“已执行时间”更短的进程。

  3.还要多久能完成。

  对于“马上就能完成了”的资源，我们可以保证它的继续运行，转而去牺牲别的进程。

  4.进程已经使用了多少资源。

  如果一个进程已经拥有了很多资源的话，那么我们把它剥夺，就会释放出很多资源，从而让原本死锁的局面最大程度地得到缓解。因此，我们可以对“此时拥有资源最多”的进程下手。

  5.进程是交互式的还是批处理式的。

  “交互式”就意味着这个进程当前是正在与用户进行交互的。如果对交互式进程下手，把它干掉的话，那么用户体验就会变差。

  而对于批处理式的进程，它只是计算机自身在进行一系列的处理，而用户对它的反馈并不那么在意。所以我们可以优先对“批处理进程”下手。

总结