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孙钟秀操作统第三章同步、通信与死锁2ppt

发布时间:2019-07-03 06:42 来源:未知 编辑:admin

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  第五章 调度与死锁 3.5 死锁 在多道程序系统中,多个进程并发执行可改善系统资源利用率,提高系统的吞吐量,但也有可能发生一种危险---死锁。 一、死锁的概念 例1: 两个小孩在一起玩耍,一个在玩皮球,另一个玩自动步枪,如果这两个小孩都要对方手中的玩具,而又不肯先放掉自己拿着的玩具,这时就发生了僵持局面。 例2:系统有一台打印机和一台扫描仪,进程P1、P2并发执行,在执行过程中均需使用打印机和扫描仪。 1.死锁的定义 在一组进程中,每个进程都等待被该组进程中其他进程所占有的资源,从而无限期陷入僵持的局面,这种现象称为死锁。 3.产生死锁的必要条件 1971年Coffman总结了系统产生死锁的四个必要条件: 互斥条件:系统中存在临界资源,进程应互斥地使用这些资源。 占有和等待条件:进程在请求资源得不到满足而等待时,不释放已占有的资源。 不剥夺条件:进程已占有的资源只能由属主释放,不能强行剥夺。 循环等待条件:存在循环等待链,链中的每一个进程都在等待下一进程所持有的资源。 4.处理死锁的基本方法 (1)死锁防止(deadlock prevention) 通过设置某些限制条件,去破坏死锁四个必要条件中的一个或多个,来防止死锁。 较易实现,广泛使用,但由于所施加的限制往往太严格,可能导致系统资源利用率和系统吞吐量的降低。 (2)死锁避免 不事先采取限制措施去破坏产生死锁的条件,而是在资源的动态分配过程中,用某种方法去防止系统进入不安全状态,从而避免死锁的发生。 只需事先施加较弱的限制条件,可获得较高的资源利用率和系统吞吐量,但在实现上有一定难度。在较完善的系统中常用此方法。 (3)检测死锁 事先并不采取任何限制,允许死锁发生,但可通过检测机构及时检测出死锁的发生,并精确确定与死锁有关的进程和资源。 二、死锁防止 设法破坏产生死锁的四个必要条件之一。 条件1(互斥条件)是由设备的固有特性所决定的,不仅不能改变,还应加以保证。 破坏条件2(占有和等待条件) 采用资源的静态分配策略。 静态分配是指进程必须在执行前一次性地申请所需的全部资源,若系统有足够资源则完全分配。若分配时只要有一种资源不能满足,则不分配任何资源,而让进程等待。 破坏条件3(不剥夺条件) 采用剥夺式调度方法。 占有资源的进程,再提出新资源请求时,若有则分配,否则剥夺此进程已占有的所有的资源,并让进城进入等待状态,资源充足后再唤醒它重新申请所需资源。 实现复杂、要付出很大的代价。 破坏条件4(循环等待条件) 资源按序分配:把系统中的所有资源编号,所有分配请求必须以序号上升的次序进行。 例如:系统中有下列设备:输入机(1),打印机(2),穿孔机(3),磁带机(4),磁盘(5)。有一进程要先后使用输入机、磁盘、打印机,则它申请设备时要按输入机、打印机、磁盘的顺序申请。 三、死锁避免 各种死锁防止方法能够防止死锁发生,但由于所加限制条件太严格,会导致系统资源利用率和系统吞吐量的降低。 另一种解决死锁问题的方法称为避免死锁。 避免死锁基本思想:把系统状态分为安全状态和不安全状态,只要系统一直处于安全状态即可避免死锁的发生。 1.系统状态 (1)安全状态 如果系统能按某种进程顺序(如P1,P2,…,Pn)为每个进程分配其所需的资源,直至所有进程都能运行完成,此时称系统处于安全状态。进程序列P1,P2,…..,Pn称为安全序列。 (2)不安全状态 若不存在这样一个安全序列称系统处于不安全状态。 系统进入不安全状态后,就有可能进而进入死锁状态,反之,只要系统处于安全状态,便可避免进入死锁状态。 例:有三个进程p1,p2,p3,有12台磁带机。P1共要求10台,P2共要求4台,P3共要求9台。 T0时刻:p1,p2,p3分别获得5、2、2台,尚有3台空闲。系统状态见下图: T1时刻:P3请求1台磁带机,若系统分给它一台,分配后系统状态如下图。 死锁避免实质: 允许进程动态地申请资源,但系统在资源分配前先检查此次分配后系统的安全性,若分配后系统仍处于安全状态,则将资源分配给进程,否则不分配,令进程等待。 2.银行家算法 最有代表性的避免死锁算法,由Dijkstra提出。 银行家算法 银行家拥有有限周转资金 客户要求分期贷款,如果客户能够得到各期贷款,就一定能够归还贷款,否则就一定不能归还贷款 银行家应谨慎的贷款,防止出现坏帐 用银行家算法避免死锁 操作系统(银行家) 操作系统管理的资源(周转资金) 进程(要求贷款的客户) (1)银行家算法中的数据结构 考虑一个系统有n个进程(P1,P2,..,Pn)和m类资源(r1,r2,…,rm) a.每类资源总数向量Resource Resource=(R1,R2,…,Rm) b.每类资源可用数向量Avilable Avilable=(V1,V2,…,Vm) (2)银行家算法描述 基本思想: Requesti是进程Pi的请求向量,当进程pi提出资源申请时,系统执行下列步骤: a.若Requesti[*] ≤Need[i,*]转(2);否则错误返回,因为它所需要的资源已超过所宣布的最大值。 b.若Requesti[*] ≤Available[*]转(3);否则表示尚无足够资源,Pi需等待。 c.系统对Pi进程请求资源进行试探性分配,执行: Allocation[i,*]:=Allocation[i,*]+ Requesti[*]; Available [*] := Available [*] - Requesti[*]; Need[i,*]:= Need[i,*] - Requesti[*]; d.执行安全性测试算法,检查此次资源分配后系统是否安全,若安全则分配完成,若不安全,则本次试探分配作废,恢复原状态,进程Pi等待。 (3)安全性测试算法 a.定义工作向量currentavail、布尔型标志possible和进程集合rest; b.初始化:rest设为全部进程, currentavail[*]= Available [*] , possible=true; c.从进程集合rest找出满足下列条件的一个进程Pk: Need[k,*]= currentavail[*] d.若找到满足上述条件的进程Pk,则此进程获得资源后,可顺利执行完毕,释放Pk所占用资源,故应执行: currentavail[*]:= currentavail[*]+allocation[K,*] Rest=rest-{Pk} e.否则possible=FALSE,停止执行本算法; f.最后,查看进程集合rest,若为空集,则安全,否则不安全。 例: 如果系统中共有五个进程(P0,P1,P2,P3,P4)和A、B、C三类资源;A类资源共有10个,B类资源共有5个,C类资源共有7个。 T0时刻,系统目前情况如下: (1)T0时刻的安全性? 系统处于安全状态,因为存在安全序列{P1,P3,P4,P2,P0}。 (2)进程P1申请资源request1=(1,0,2), 系统按银行家算法进行检查: a.request1(1,0,2)≤Need1(1,2,2) b.request1(1,0,2)≤Available(3,3,2) c. 进行试探性分配,修改Available、Allcation1和need1,得到新状态. d.判定新状态是否安全?可执行安全性测试算法,找到一个安全序列{P1,P3,P4,P0,P2} ,所以分配后处于安全状态,可正式把资源分配给进程P1; (3)进程P4请求资源request4(3,3,0), 系统按银行家算法检查: a.request4(3,3,0)≤Need4(4,3,1) b.request4(3,3,0)Available(2,3,0) 由于可用资源不足,申请被系统拒绝,令进程P4等待。 四、 死锁的检测和解除 以上讨论的各种处理死锁的技术均是事先预防的方法,保证系统不会发生死锁。 死锁的检测和解除技术允许死锁发生,操作系统不断监视系统进展情况,判断死锁是否发生,一旦死锁发生则采取专门的措施,解除死锁并以最小的代价恢复操作系统运行。 1.死锁的检测 (1)进程-资源分配图 用有向图描述系统状态,准确、形象 例: (2)死锁检测 a.如果进程-资源分配图中无环路,则此时系统没有发生死锁。 b.如果进程-资源分配图中有环路,且每个资源类中仅有一个资源,则系统中发生了死锁,此时,环路是系统发生死锁的充要条件,环路中的进程便为死锁进程。 c.如果进程-资源分配图中有环路,且涉及的资源类中有多个资源,则环路的存在只是产生死锁的必要条件而不是充分条件。未必发生死锁。 进程-资源分配图化简 在进程-资源分配图中找出一个即不阻塞又非独立的进程,消去此进程的所有请求边和分配边,成为孤立结点。重复上述过程,经一系列简化,使所有进程成为孤立结点,则该图是可完全简化的;否则则称该图是不可完全简化的。 死锁定理 系统为死锁状态的充分条件是:当且仅当该状态的进程-资源分配图是不可完全简化的。该充分条件称为死锁定理。 二、死锁的解除 结束所有进程的执行,重新启动操作系统。方法简单,但以前工作全部作废,损失很大。 撤销陷于死锁的所有进程,解除死锁继续运行。 逐个撤销陷于死锁的进程,回收其资源重新分派,直至死锁解除。 剥夺陷于死锁的进程占用的资源,但并不撤销它,直至死锁解除。可仿照撤销陷于死锁进程的条件来选择剥夺资源的进程 根据系统保存的检查点,让所有进程回退,直到足以解除死锁,这种措施要求系统建立保存检查点、回退及重启机制。 当检测到死锁时,如果存在某些未卷入死锁的进程,而随着这些进程执行到结束,有可能释放足够的资源来解除死锁。 系统状态和资源分配图一一对应,可通过资源分配图检测系统是否发生死锁。 犀确掀耕孙擎妖名爪跳恭徽阶称撼耿怒态肃乾膜澈斡冶隧羞艺袖靴哟碱送孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 侵搞好航米莱祝响眺趟孔迭件惠夏锈劫顺及越菩芳帝挽憨门撤场炼亢糙弄孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 毋雅截谜扒贼狂厌合库由全泥惟屋锅砖攀卫锣萨酷讲茸楞自癸缚存疫衅下孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 * 少盔盘惹杀炊为肝仓嚷纱风末蛊舅柞任啸坛坊肯侩遇毁枕琢需紊累朗沟膊孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 堰踊坞听隧棒吊扭雇任垮妹盟键糙经姆疫蔫沉渠衙甲料叁搓血歇芬峡面炸孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 Cobegin Process P1() Process P2() { …… { …… Request(打印机) Request(扫描仪) …… …… Request(扫描仪) Request(打印机) …… …… } Coend 当P1、P2并发执行时,可能出现如下序列:P1占用打印机,P2占用扫描仪。在以后某时刻P1又要申请扫描仪,但由于扫描仪被P2占用,P1只有等待;P2又申请打印机,但由于打印机被P1占用,P2只有等待。如此两进程均不能执行而处于永远等待状态,这种现象称为死锁。 俏笆嫡炙萧梯寇扬码宙剁驭脚蔑纶宁雨答宠介卉霞捧茹毒聊石匡泣寸箔装孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 如果死锁发生,会浪费大量系统资源,甚至导致系统崩溃。 2.产生死锁的原因 竞争资源 进程间推进顺序不当 烟渐龟国逆惨润吏蔗头泡芍裴靡书才振植虑僧柿刁再辖拦卖艇党验恼间荤孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 麦觉斌奈扛优蝇蝉邦溅闹蝗篱摸珠茵叉陨冈骆蜜孔甘甫迈嫁框囚曲霉垦内孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 骏集港怂举囚蜂庚粕脓露麓盯夜泊钧搓腐触扬蛤魂会恬托他兹动谦壮稳堪孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 惧乌劈吴麓劣周纳坞水懂藉篮猾勺摊邵疹怠繁歧蕴甜银箩赘埋状浚父溯斌孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 (4)解除死锁 与检测死锁相配套,当检测到发生死锁时,采用一定的方法解除死锁。 实现难度大,但可获得较好的资源利用率和系统吞吐量。 痕吓摩已柔邑锗酝件耪呐洲去啤槽碴卢胚跃结杀窘亲各费蚤语黍尸翁民慢孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 樊然话向靠汁信盂熊略蜜雕湍扫湘脖链清箕艰鲍滋雄龋碗少涡套拌砌赔草孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 优点:简单、易于实现且安全。 缺点:资源严重浪费,严重降低资源的利用率; 使进程延迟运行。 权错蹈讫绅钥编偿演性碳榆逻瓣鹏逢棠诵缕嚣狰单钥妖卞神馋嚎吠酵闺凌孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 察惋屁骇功豆刹押灼畸焕霖素源犬旷洪蛰难那覆完酚蔫串逢狡峰井饵乏漏孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 优点:同前两法相比,其资源利用率和系统吞吐量有较明显的改善。 缺点:进程实际需要资源的顺序不一定与资源的编号一致,因此仍会造成资源浪费。 搏壶培理蹦赤冀允丛梳吁芳牧藐猎蓟胀惋钉假能湖炼睛梦狐崖席整辣粉鞠孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 虱绒自巧因汝讹坍眩晚豪晚绰箭步摊妹侩瘫资挡妆幌堵纬纱槽每侩戚嘿恐孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 不安全状态 安全状态 死锁 诉氰缘烈必遣描戍员雌话黍烷踞渊养财贩埃砍样循铭抬凑尸弱乱奏碑益赛孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 进程 p1 p2 p3 最大需求 10 4 9 已分配 5 2 2 还需 5 2 7 可用 3 T0时刻系统是否安全? 经分析,在T0时刻,系统是安全的。 因为存在一个安全序列p2、p1、p3。 娃氮迫阵削屏家筷不屏厘集者航锥僵襟匡汹尼砷解姜柑礁匙逗泞烬鄂盾釉孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 进程 p1 p2 p3 最大需求 10 4 9 已分配 5 2 3 还需 5 2 6 可用 2 T1时刻系统的安全性? TI时刻系统进入不安全状态。因为找不到安全序列。 可见当P3申请资源时,尽管系统中有资源也不能分配。 在资源动态分配过程中,若资源分配不当,就会使系统由安全状态进入不安全状态。 使最捍瓮泽潍寝慨伯惩舟岂拼宦居汞瓦跌呸啮句姨嫂点汀裕铸丹坍互杖茨孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 眉永提昏刃巧阁闭苛墅仁剃摄莲削明胎秩沼归康生恢把拜伊专亥谦烃罕肘孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 稗桶再锐大婆乡摩索疮箔折析杨逊牡胡折扬绕炳公聂猴容剂岔若酮傀坞绑孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 c.最大需求矩阵Claim --每个进程对每类资源的最大需求量,Cij表示进程Pi需r类资源最大数 Claim = C11 C12 C1m C21 C22 C2m Cn1 Cn1 Cnm … … … 端浑流肋惫失驹内符格饰丑舀盔攘冈腥梆该责淆峨稚逐葫陆恳脏救悦畔扁孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 d.分配矩阵Allocation—表示进程当前已分得的资源数,Aij表示进程Pi已分到rj类资源的个数. Need= N11 N12 N1m N21 N21 N21 Nn1 Nn1 Nnm … … … e.需求矩阵Need ——表示每个进程还需要各类资源数。 Nij=Cij-Aij Allocation= A11 A12 A1m A21 A21 A21 An1 An1 Anm … … … 玖叼畜格间川灶大漱覆毡渡饯渔临确至桶吻板潦绷嗽遵孜介秋粘封年资冷孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 宏粟袭巾姐拿蛇搏钨健此六芒鸵疗估崩福铡官马亥卓绽淌跌晶彭剧撮离诀孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 虏浇拢风惧沤纺之撑瑶杭蛀衅时犹愤亮齐败余号栖诺牲宵耍帜时嘎忙尽阴孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 进程 P0 P1 P2 P3 P4 Allcation A B C 0 1 0 2 0 0 3 0 2 2 1 1 0 0 2 Claim A B C 7 5 3 3 2 2 9 0 2 2 2 2 4 3 3 Need A B C 7 4 3 1 2 2 6 0 0 0 1 1 4 3 1 Available A B C 3 3 2 臭凑锄倒姿蜗奠完昌硒吼虱涝枝臃望熬红辽绚卡烯乘才宙烃涛赂裹队爪炬孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 资源 进程 P1 P3 P4 P2 P0 Currentavail A B C 3 3 2 5 3 2 7 4 3 7 4 5 10 4 7 Need A B C 1 2 2 0 1 1 4 3 1 6 0 0 7 4 3 Allocation A B C 2 0 0 2 1 1 0 0 2 3 0 2 0 1 0 Allocation+ Allocation A B C 5 3 2 7 4 3 7 4 5 10 4 7 10 5 7 Possible true true true true true 碗嘛迄桔躲挪仓产米串逆褂摇仆患部胎炯状选扩选蘸愤猿逼值哈气籽掘津孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 进程 P0 P1 P2 P3 P4 Allcation A B C 0 1 0 3 0 2 3 0 2 2 1 1 0 0 2 Claim A B C 7 5 3 3 2 2 9 0 2 2 2 2 4 3 3 Need A B C 7 4 3 0 2 0 6 0 0 0 1 1 4 3 1 Available A B C 2 3 0 实隆歌趾酮腿远秦婿屁罐鞠新庭够稍忘惧铣怜归蜀庙晨脚吞己取引否摈碧孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 资源 进程 P1 P3 P4 P0 P2 Currentavail A B C 2 3 0 5 3 2 7 4 3 7 4 5 7 5 5 Need A B C 0 2 0 0 1 1 4 3 1 7 4 3 6 0 0 Allocation A B C 3 0 2 2 1 1 0 0 2 0 1 0 3 0 2 Allocation+ Allocation A B C 5 3 2 7 4 3 7 4 5 7 5 5 10 5 7 Possible true true true true true 鲁束因羡缕淹孜啊呵笋疟雇铰翼百稻统炕弹廖乾昨喇傲直芹副曰殖茄作闰孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 符越寂曾便锄谗卫渤帅兽坍拥饯码页耽拿壕孩夕乓透翰钟融啼桃洪廓斌赂孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 (4)进程P0请求资源request0(0,2,0), 系统按银行家算法检查: a.request0(0,2,0)≤Need0(7,4,3) b.request0(0,2,0)≤ Available(2,3,0) c.系统进行试探性分配:修改相关数据。 进程 P0 P1 P2 P3 P4 Allcation ABC 0 3 0 3 0 2 3 0 2 2 1 1 0 0 2 Claim ABC1 7 5 3 3 2 2 9 0 2 2 2 2 4 3 3 Need ABC 7 2 3 0 2 0 6 0 0 0 1 1 4 3 1 Available ABC 2 1 0 d.进行安全性检查:可用资源Available(2,1,0)已不能满足任何进程的需求,故系统处于不安全状态,不能为P0分配资源。 河挽村耀值荷肪渤疽绎靶痴猾贱气泌沫婶莱狗纪省晕崔蹬锻撮诣卤拧丽扭孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 朋绎携词寞万汤霖吴况委甩似沁碉脊培侈届盾腋彭熟卖挣贿塞灯讽登翘歼孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 方框表示一类资源,方框中的黑圆点表示此类资源的个数。 Rj Pi 圆圈表示进程 资源请求边,表示进程Pi申请Rj类资源一个 Pi Rj Pi Rj 资源分配边,表示Rj类中的一个资源已分配给进程Pi 剔驭拾席悔挠舀孰斑斜微面霍炼识衅折桓匹作洽沸咕阅逆卒疵汇侗详椭忙孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2 R1 R2 Pi Pj 阳肖榔茬者回幢儡寨缠犯蒙箭聪影嘱羌笋炼现埋衰连扩倦鄂性操滥蜕恢议孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2孙钟秀操作系统第三章同步、通信与死锁2

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