《進程死鎖》課件

進程死鎖多線程或多進程在運行過程中，由于競爭資源或相互等待而造成的一種僵局，導致程序無法繼續(xù)執(zhí)行。進程死鎖的概念進程死鎖是指多個進程因競爭資源而互相等待，導致所有進程都無法繼續(xù)執(zhí)行的狀態(tài)。死鎖通常發(fā)生在多個進程同時請求多個資源時，導致形成循環(huán)等待的現(xiàn)象。當進程處于死鎖狀態(tài)時，所有參與死鎖的進程都會被阻塞，無法獲得所需的資源。進程死鎖的必要條件互斥條件每個資源在同一時間只能被一個進程使用。例如，打印機一次只能被一個進程使用。占有并等待條件一個進程占有至少一個資源，但同時又在等待另一個資源，該資源被其他進程占有。不可剝奪條件進程已獲得的資源在完成之前不能被其他進程強行剝奪。例如，一個進程已獲得一個磁盤塊，該磁盤塊在進程完成之前無法被另一個進程使用。循環(huán)等待條件存在一個閉環(huán)的進程集合{P1,P2,...,Pn}，其中P1等待P2占有的資源，P2等待P3占有的資源，...，Pn等待P1占有的資源。資源分配策略靜態(tài)資源分配在進程創(chuàng)建之前分配所有所需的資源。無法滿足要求的進程被延遲。動態(tài)資源分配進程在執(zhí)行過程中按需請求資源。可能會導致死鎖?；旌腺Y源分配將靜態(tài)和動態(tài)分配結(jié)合在一起。更靈活，但需要仔細管理。資源分配示例假設(shè)有兩個進程P1和P2，以及三個資源R1、R2和R3。P1需要R1和R2，P2需要R2和R3。假設(shè)系統(tǒng)中R1、R2和R3的數(shù)量分別是2、1和1。此時，如果P1獲取了R1和R2，而P2獲取了R2，則系統(tǒng)中沒有足夠的資源滿足P2對R3的需求，導致P2陷入阻塞狀態(tài)，無法繼續(xù)運行。當P1釋放R2后，P2仍然無法獲取R3，因為R3已經(jīng)被P1獨占。此時，P1和P2都處于阻塞狀態(tài)，互相等待對方的資源，形成了死鎖。資源分配圖資源分配圖是描述進程和資源之間關(guān)系的圖形表示方法，它可以幫助我們直觀地了解系統(tǒng)當前的資源分配狀況，以及進程之間的相互依賴關(guān)系。資源分配圖由頂點和邊組成，頂點表示進程和資源，邊表示進程對資源的請求或占有關(guān)系。資源分配圖可以幫助我們判斷系統(tǒng)中是否存在死鎖，并為死鎖的解決提供參考。死鎖檢測算法11.資源分配圖通過圖形的方式描述系統(tǒng)中資源和進程之間的關(guān)系。22.循環(huán)檢測檢測資源分配圖中是否存在循環(huán)依賴關(guān)系，如果有，則說明系統(tǒng)中存在死鎖。33.算法復(fù)雜度檢測算法的時間復(fù)雜度較高，在大型系統(tǒng)中可能難以實時執(zhí)行。死鎖預(yù)防策略預(yù)防死鎖的必要條件死鎖預(yù)防策略通過限制資源分配條件，防止死鎖發(fā)生。這種策略主要通過破壞死鎖產(chǎn)生的必要條件來實現(xiàn)。例如，通過實施互斥訪問控制，確保每個資源在任何時間都只能由一個進程訪問，從而避免了資源競爭條件。避免資源競爭可以采用非搶占式資源分配策略，即當一個進程請求一個資源時，如果該資源不可用，則該進程必須等待，直到該資源可用。通過設(shè)置資源請求順序，可以避免循環(huán)等待條件，從而消除死鎖的可能性。死鎖預(yù)防的必要條件11.互斥條件資源只能被一個進程使用，其他進程需要等待。22.請求和保持條件進程可以請求已有的資源，并持有已經(jīng)分配的資源。33.不可剝奪條件進程不能強行剝奪資源。44.循環(huán)等待條件多個進程循環(huán)等待對方持有的資源。死鎖預(yù)防示例資源分配順序例如，如果多個進程都需要打印機和磁盤，可以指定先分配打印機，再分配磁盤，以避免死鎖。限制共享資源每個進程只能訪問特定的資源，不能訪問所有共享資源，從而避免多個進程競爭同一資源。資源預(yù)分配在進程啟動前，為其分配所有需要的資源，確保進程擁有完成任務(wù)所需的資源，避免中途爭奪資源導致死鎖。死鎖避免策略動態(tài)策略死鎖避免策略屬于動態(tài)策略，在系統(tǒng)運行過程中，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)判斷是否會導致死鎖，并在必要時采取措施來避免死鎖發(fā)生。資源分配該策略通過對資源的分配進行控制，確保系統(tǒng)始終處于安全狀態(tài)，避免進入死鎖狀態(tài)。死鎖避免的條件系統(tǒng)資源分配系統(tǒng)對進程資源分配的策略，需要采取一定的算法，保證資源分配的公平性和安全性。進程請求資源進程在運行過程中，需要根據(jù)自身需求，請求系統(tǒng)分配資源。資源分配過程需要確保不會引發(fā)死鎖。進程運行狀態(tài)系統(tǒng)需要掌握每個進程的當前運行狀態(tài)，了解其已分配資源和正在等待的資源。銀行家算法銀行家模擬模擬銀行貸款，系統(tǒng)作為銀行，進程作為客戶，資源作為資金安全狀態(tài)存在一個資源分配序列，能夠滿足所有進程的資源需求請求檢查當進程請求資源時，檢查是否能滿足請求，并保持安全狀態(tài)銀行家算法示例銀行家算法是用于避免死鎖的一種資源分配策略。算法的基本思想是：在分配資源之前，檢查當前狀態(tài)是否安全，如果安全，則分配資源；否則，等待。一個銀行家分配資金給客戶，必須確保所有客戶都能獲得他們需要的資金，并且銀行本身不會破產(chǎn)。類似地，在操作系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)作為“銀行家”，管理系統(tǒng)資源。死鎖恢復(fù)策略1進程回滾回滾到之前狀態(tài)，釋放資源。2進程終止終止死鎖進程，釋放資源。3資源搶占強占資源，釋放被鎖定的資源。死鎖恢復(fù)的方法撤銷進程撤銷一個或多個進程以釋放資源，從而打破死鎖狀態(tài)。回滾進程將部分或全部進程恢復(fù)到以前的狀態(tài)，以便釋放被占用的資源。搶占資源從一個或多個進程搶占資源并分配給其他進程，以打破死鎖。基于進程優(yōu)先級的死鎖恢復(fù)優(yōu)先級選擇根據(jù)進程的重要性，選擇優(yōu)先級最高的進程，進行恢復(fù)操作。資源回收將該進程所占用的資源進行回收，釋放給其他進程。進程重啟將該進程重新啟動，并分配必要的資源。死鎖處理的總體策略預(yù)防通過限制資源獲取和分配來避免死鎖情況的發(fā)生，例如限制資源獲取順序或設(shè)置資源獲取上限。避免通過動態(tài)分析系統(tǒng)狀態(tài)，預(yù)測潛在的死鎖情況并采取措施避免其發(fā)生，例如銀行家算法。檢測在系統(tǒng)運行過程中檢測是否發(fā)生死鎖，一旦檢測到死鎖則采取措施進行恢復(fù)，例如資源搶占或回滾?；謴?fù)當死鎖發(fā)生時，采取措施解除死鎖狀態(tài)，例如終止進程、回滾進程、預(yù)留資源等。進程死鎖的檢測和預(yù)防死鎖檢測死鎖檢測是指在系統(tǒng)運行過程中，檢測系統(tǒng)是否已經(jīng)進入死鎖狀態(tài)。檢測算法通?；谫Y源分配圖，通過分析資源分配情況來判斷是否存在循環(huán)等待。死鎖預(yù)防死鎖預(yù)防是指在系統(tǒng)設(shè)計階段，采取措施避免死鎖的發(fā)生。通過破壞死鎖發(fā)生的必要條件來預(yù)防死鎖，例如，打破循環(huán)等待條件或采用資源預(yù)分配策略。進程死鎖的避免和恢復(fù)死鎖避免死鎖避免策略在資源分配過程中，通過預(yù)測未來資源需求來避免死鎖發(fā)生，并通過一些算法進行驗證和控制。死鎖恢復(fù)當死鎖發(fā)生時，需要采取措施來恢復(fù)系統(tǒng)，通常涉及撤銷部分進程、回收資源或重新分配資源。進程死鎖的實際應(yīng)用進程死鎖在現(xiàn)實世界中廣泛存在，尤其是在多任務(wù)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等領(lǐng)域。例如，當多個數(shù)據(jù)庫事務(wù)同時訪問同一資源時，可能會出現(xiàn)死鎖。同樣，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，當多個節(jié)點同時請求同一資源時，也可能出現(xiàn)死鎖。死鎖的發(fā)生會導致系統(tǒng)性能下降、資源浪費甚至系統(tǒng)崩潰。因此，理解和解決死鎖問題對于確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行至關(guān)重要。進程死鎖在操作系統(tǒng)中的實現(xiàn)資源管理操作系統(tǒng)通過資源管理模塊來分配和回收資源，例如CPU、內(nèi)存、文件和設(shè)備。進程調(diào)度操作系統(tǒng)使用調(diào)度算法來決定哪些進程可以訪問資源，以及何時可以訪問資源。死鎖檢測操作系統(tǒng)可以檢測死鎖，并采取措施來解決死鎖，例如撤銷進程或重新分配資源。死鎖預(yù)防操作系統(tǒng)可以通過在分配資源之前測試是否會發(fā)生死鎖來防止死鎖。進程死鎖的實際案例分析進程死鎖的實際案例分析可以幫助我們更好地理解死鎖的概念及其危害。例如，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，兩個事務(wù)可能因為爭奪同一資源而陷入死鎖，導致系統(tǒng)無法正常運行。在網(wǎng)絡(luò)通信中，兩個節(jié)點可能因為網(wǎng)絡(luò)擁塞而互相等待，導致通信中斷。通過分析這些案例，我們可以學習如何避免死鎖，并制定相應(yīng)的策略來應(yīng)對死鎖。進程死鎖的預(yù)防措施11.避免競爭條件通過合理設(shè)計程序，避免多個進程同時訪問共享資源。22.避免循環(huán)等待規(guī)定資源訪問順序，避免多個進程無限期等待對方釋放資源。33.設(shè)置資源訪問順序為所有資源分配優(yōu)先級，確保低優(yōu)先級進程不會阻塞高優(yōu)先級進程。44.使用死鎖檢測機制定期檢測系統(tǒng)資源分配狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并解決死鎖問題。進程死鎖的避免措施銀行家算法銀行家算法是一種用于避免死鎖的經(jīng)典方法，它通過預(yù)先分配資源來防止死鎖的發(fā)生。資源分配圖資源分配圖是一種可視化方法，用于描述系統(tǒng)中進程和資源的分配情況，可以幫助識別潛在的死鎖。鎖順序通過制定合理的鎖順序，可以避免由于鎖競爭而導致的死鎖。進程死鎖的恢復(fù)措施進程回滾進程回滾是指將一個或多個進程回退到一個安全狀態(tài)，以便恢復(fù)系統(tǒng)運行。這種方法需要記錄進程執(zhí)行的步驟，以便在發(fā)生死鎖后回滾到之前的時間點。進程終止進程終止是指結(jié)束一個或多個進程，以解除死鎖。這種方法簡單有效，但可能會導致數(shù)據(jù)丟失或工作丟失。進程死鎖在分布式系統(tǒng)中的應(yīng)用數(shù)據(jù)一致性分布式數(shù)據(jù)庫中，多個節(jié)點對共享數(shù)據(jù)的訪問可能導致死鎖，影響數(shù)據(jù)一致性。資源競爭多個節(jié)點競爭有限的資源，例如網(wǎng)絡(luò)帶寬、存儲空間等，可能導致死鎖。分布式事務(wù)在分布式事務(wù)處理中，多個節(jié)點需要協(xié)同完成操作，如果操作順序不當，可能會導致死鎖。容錯性為了應(yīng)對節(jié)點故障，分布式系統(tǒng)通常采用冗余機制，但冗余機制也可能增加死鎖發(fā)生的概率。進程死鎖在云計算中的應(yīng)用虛擬化環(huán)境虛擬化技術(shù)允許在單個物理服務(wù)器上運行多個虛擬機，導致資源爭用增加，死鎖可能性增高。云平臺通常使用動態(tài)資源分配，可能會導致不同虛擬機競爭相同資源，引發(fā)死鎖問題。分布式環(huán)境云計算環(huán)境是分布式的，不同服務(wù)器之間進行數(shù)據(jù)交換和資源共享，增加死鎖的復(fù)雜性。協(xié)調(diào)多個服務(wù)器上的資源分配，防止相互等待，是云計算環(huán)境中解決死鎖的關(guān)鍵。進程死鎖在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的應(yīng)用數(shù)據(jù)分析大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的分析任務(wù)可能會出現(xiàn)死鎖，例如多個分析進程爭搶有限的計算資源。資源分配大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，資源的分配和管理需要謹慎，避免出現(xiàn)死鎖，例如節(jié)點、內(nèi)存、磁盤空間等。數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲和處理過程中，多個進程訪問相同的數(shù)據(jù)塊，可能會導致死鎖，例如事務(wù)隔離級別。進程死鎖在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用智能家居互聯(lián)設(shè)備間資源競爭