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2012年软考软件设计师重点难点:死锁

2012-3-16 16:35| 发布者: admin| 查看: 1073| 评论: 0

摘要:   死锁(Deadlock)是指多个进程在运行的过程中因争夺资源而造成的一种僵局。当进程处于这种僵持状态时,若无外力作用,它们都将无法再向前推进。在软件设计师的考试当中,这个知识点的考查是以选择题的形式出现的 ...

  死锁(Deadlock)是指多个进程在运行的过程中因争夺资源而造成的一种僵局。当进程处于这种僵持状态时,若无外力作用,它们都将无法再向前推进。在软件设计师的考试当中,这个知识点的考查是以选择题的形式出现的,考点主要有:死锁的必要条件、解决死锁的方法,最难高难度会考到“银行家算法”。本文将介绍死锁的相关知识,但不会具体讲解“银行家算法”,该算法将在本系列的下一篇文章中详细说明。

  1、死锁发生的必要条件

  死锁的发生必须具备四个必要条件,这四个条件相互联系、缺一不可。

  (1)互斥条件:指进程对所分配到的资源进行排他性使用,即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其他进程请求该资源,则请求者只能等待,直至占有该资源的进程用完并释放。

  (2)请求和保持条件:指进程已经保持了至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源又已被其他进程占有,此时请求进程阻塞,但又对自己已获得的其他资源保持不放。

  (3)不剥夺条件:指进程已获得的资源,在未使用完之前,不能被剥夺,只能在使用完时由自己释放。

  (4)环路等待条件:指在发生死锁时,必然存在一个进程--资源的环形链,即进程集合{P0,P1,P2…Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源,P1正在等待P2占用的资源,……Pn正在等待已被P0占用的资源。

  2、解决死锁的策略

  解决死锁的策略通常有三种:死锁预防、死锁避免以及死锁解除。前两种方法是“事前措施”,而死锁解除是“事后解决方案”。

  (1)死锁预防:“解铃还需系铃人”,随便破坏导致死锁这任意一个必要条件就可以预防死锁。例如,要求用户申请资源时一起申请所需要的全部资源,这就破坏了保持和等待条件;将资源分层,得到上一层资源后,才能够申请下一层资源,它破坏了环路等待条件。预防通常会降低系统的效率。

  (2)死锁避免:避免是指进程在每次申请资源时判断这些操作是否安全,典型算法是“银行家算法”(本系列文章的下一篇将详细讲解该问题)。但这种算法会增加系统的开销。

  (3)死锁解除:该方法的思路很简单,通过死锁检测判断系统是否处于死锁状态,若死锁,则由系统强制剥夺部分进程的资源,将资源强行分配给别的进程。

  3、判断系统是否可能进入死锁状态

  从上面的死锁解决方案来看,无论哪一种方式都不可避免的要增加系统的负担。而同时一个系统是否有可进入死锁状态受系统资源数量,需要使用该资源的进程数量等因素影响。若系统本不可能引起死锁,而我们采用了死锁解决方案,是很不合理的。所以,考试中常考到这样的题型:给出系统的资源数,以及需要使用该资源的进程数量等参数,让考生判断系统有无可能产生死锁。下面我们以例题的方式来说明如何解决这类问题。

  例题1:

  系统有3个进程:A、B、C。这3个进程都需要5个系统资源。如果系统有多少个资源,则不可能发生死锁。

  解答:

  在分析这个问题时,我们可以取一些简单的数据代入试题进行验证、分析,以得到相应的规律。

  如:

  (1)当系统资源数量为9时,若给A与B分别分配了4个资源,C分配了1个资源,则系统中的每个进程都存在资源不足的情况,而都不放手自己拥有的资源。不能正常运行完毕,发生死锁。

  (2)当系统资源数量为12时,若给A、B、C各分配4个资源,则死锁。

  (3)当系统资源数量为13时,无论如何分配,总有至少1个进程能得到5个资源,得到5个资源的进程可以正常运行完毕,而后将自己占用的资源分配给其它进程,所以这样能使所有进程运行完毕。

  从上面的尝试,我们可以总结出一个规律:先给所有进程分配他们所需要的资源数减1个资源,然后系统如果能再剩余1个资源,则系统不会发生死锁。这样解答本题变得非常容易。

  (5-1)*3+1=13。

  例题2:

  一台计算机有10台磁带机被m个进程竞争,每个进程最多需要三台磁带机,那么m至多为 时,系统没有死锁的危险。

  A.3 B.4 C.5 D.6

  解答

  首先从m=6开始考察,首先每个进程分配1台,剩下的4台只能分配给4个进程,还有2个进程没有分配,如果已经分配了2台的4个进程需要3台的话,则系统就会死锁。同样,如果m=5,也会发生这种情况。当m=4时,每个进程可以分得2台,还有2个进程可分得3台,则可正常运行,运行完毕后可释放资源,从而不会死锁。在解这道题时有些学员提出“如果按照答案m=4,则这4个进程都是需要3台磁带机的话,共需要12台磁带机,这样还不会死锁?”。这种想法是错误的,因为并不是同时把所有进程都分配给足够的资源才能完成这些进程,可以是一个进程先执行完,释放完资源再执行另一个进程。

  例如:4个进程中,每个进程分配2台磁带机,用去了8台。剩下2台,仍然可以满足两个进程,直到他们完成,释放他们暂用的磁带机

 

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