考研笔记

死锁预防

死锁预防的思路极其简单：四个必要条件是死锁的前提，那就在系统设计时把其中一条彻底废掉。

因为是”必要条件”，废掉任意一条，死锁就从原理上不可能发生。代价是这些限制都相当粗暴，资源利用率会明显下降。

机制

① 破坏互斥条件

把资源改造成可以同时被多个进程使用的。

典型手段是 SPOOLing 技术：把独占的打印机改造成共享的”虚拟打印机”，各进程把输出送到磁盘上的输出井，由专门的守护进程排队实际打印。这样进程之间不再直接争抢打印机。

但这条路通常走不通。 互斥性往往是资源的物理属性决定的——磁带机、键盘这类设备就是没法同时给两个进程用。强行共享会破坏数据完整性。

结论：破坏互斥条件的可行性最低，一般不作为通用方案。

② 破坏不可剥夺条件

规定：进程申请新资源得不到满足时，必须立即释放自己已持有的全部资源，将来需要时再重新申请。

也可以由操作系统主动剥夺：当高优先级进程需要某资源时，直接从低优先级进程手中夺走。

缺点（其中一条常被误读，见下方边界段）：

  • 实现复杂
  • 释放已获得的资源可能造成前一阶段工作失效——已经算到一半的中间结果作废
  • 反复申请和释放导致系统开销大，延长周转时间
  • 只适用于状态易于保存和恢复的资源（如 CPU 寄存器、内存），对打印机这类”打到一半不能中断”的资源不适用

③ 破坏请求并保持条件

采用静态分配（预先分配）：进程在开始运行前一次性申请它所需要的全部资源，在整个运行期间不再提出任何新请求。

只要资源没配齐，进程就不投入运行；一旦运行起来，它绝不会因为等资源而阻塞。“边持有边等待”的状态从此不存在。

优点：简单、易于实现、安全。

缺点：

  • 资源浪费严重。进程可能在最后一分钟才用到打印机，却从第一秒起就独占着它。
  • 可能导致饥饿。需要资源种类多的进程，很难等到所有资源同时空闲，可能长期得不到运行机会。

④ 破坏循环等待条件

采用顺序资源分配法：

  1. 给系统中的各类资源编号。
  2. 规定每个进程必须按编号递增的顺序申请资源。
  3. 同类资源（编号相同的）必须一次申请完。

换句话说，一个进程只有在已经占有小编号资源的前提下，才有资格申请更大编号的资源；已持有大编号资源的进程，不可能再回头申请小编号资源。

为什么这样就一定不会有环：

假设存在一个环 P₁ → P₂ → … → Pₖ → P₁，其中每个 Pᵢ 持有资源 rᵢ、并正在申请 Pᵢ₊₁ 持有的 rᵢ₊₁。

按规则，一个进程申请的资源编号必须严格大于它已持有的全部资源编号，因此：得到 ，矛盾。所以环根本不可能形成。

缺点：

  • 编号必须相对稳定，不便于增加新类型的设备
  • 进程实际使用资源的顺序可能与编号顺序不一致，造成资源被提前占用而浪费
  • 给用户编程带来麻烦——必须按规定次序申请

边界

”最后一个资源不够”算不算死锁

疑问点：顺序资源分配法下，若多个进程最终都在申请同一个最大编号的资源，而该资源数量不足，是否会陷入僵局

不会构成死锁，这属于普通的资源等待。 这个区分很重要，它正好检验了对死锁定义的把握。

关键在于：顺序资源分配法保证的是不出现循环等待，而不是”任何进程都不用等”。等待是完全正常的。

假设多个进程都持有小编号资源，都在申请那个数量不足的最大编号资源。此时的状态是：所有等待者都在等同一个资源，而这个资源的持有者不在等待任何人（因为它已经拿到了编号最大的资源，按规则它不可能再申请更小编号的东西）。

没有环。 持有者会正常执行完毕并释放资源，等待队列中的下一个随即被唤醒。整个系统始终能向前推进。

这里体现的正是 2.4.1 的那条区分：“等待”不等于”死锁”，死锁要求等待关系构成闭环。 若这个最大编号资源始终被别的进程抢走导致某进程长期等不到，那叫饥饿，仍然不是死锁。

“剥夺次数过多”指的是什么

疑问点：教材"死锁处理策略比较"表中两处表述的含义

死锁预防的缺点列有”剥夺次数过多”；死锁避免的缺点列有”进程可能长时间阻塞”。这两处应如何理解？

“剥夺次数过多”专指破坏”不可剥夺条件”这一种方法的代价。

回顾该方法的规则：进程只要有一次新请求得不到满足，就要把手里所有资源全部吐出来。 在资源紧张的系统里，这种情况会频繁发生：

进程申请 → 失败 → 释放全部已有资源 → 重新申请全部 → 又失败 → 再释放……

每一轮都要付出两笔代价：一是之前的计算成果作废（因为资源没了，中间状态可能无法保持），二是重新申请全部资源的开销。反复循环下来，进程的周转时间被大幅拉长，系统吞吐量显著下降。

这也解释了为什么表格里同时列着”效率低”和”初始化时间延长”——那是破坏”请求并保持”（静态分配）的代价，两者说的不是同一种方法。表 2.5 的”主要缺点”一栏是把破坏四个条件的各种代价合并列出的，读的时候要拆开对应到具体方法上。

“进程可能长时间阻塞”则是死锁避免（银行家算法）特有的代价，见 2.4.3：资源明明在系统里空闲着，但因为分配后会进入不安全状态，请求被拒绝，进程只能干等。它等的不是资源本身，而是算法的放行。

预防 vs 避免：都在”事前”，区别在哪

两者常被混，判据是限制的是”规则”还是”具体请求”：

  • 死锁预防是静态的：在系统设计阶段就定死一条规则（比如”必须按编号递增申请”），所有进程一律遵守，运行时不做任何判断。
  • 死锁避免是动态的：不预设规则，而是在每一次资源请求发生时临时计算，判断这次分配会不会导致系统进入不安全状态。

一句话：预防是”立法”，避免是”每次执法时现算”。 因此预防更粗暴、利用率更低，避免更灵活但需要额外信息和计算。

对照速查

破坏哪条方法主要缺点可行性
① 互斥SPOOLing 等改造为共享多数资源的互斥性由物理属性决定最低
② 不可剥夺申请失败即释放全部已有资源剥夺次数过多，前期工作作废，开销大中
③ 请求并保持静态分配，运行前一次性申请全部资源浪费严重，可能饥饿较高
④ 循环等待顺序资源分配法（编号递增申请）编号难变更，使用顺序与编号不符则浪费较高

考点

  • 四种破坏方法各自对应哪个条件，以及各自的缺点
  • 破坏互斥条件通常不可行（物理属性决定）
  • 顺序资源分配法为什么一定无环（ 矛盾）
  • 静态分配的两个缺点：资源浪费 + 可能饥饿
  • 预防是静态立法，避免是动态判断
  • 顺序分配法下”都在等最后一个资源”是等待/饥饿，不是死锁

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