关于操作系统进程的死锁问题的研究

摘 要：本文旨在研究操作系统进程的死锁问题，进程死锁问题一直困扰着操作系统设计者，很多学者专家一直研究怎样解决这个问题。本文首先提出了死锁的概念，死锁的起因及产生死锁四个必要条件；然后深入研究探讨解决死锁问题，并给出可行方案。

关键词：操作系统 进程 死锁

一、死锁的基本概念

1.死锁的概念（产生死锁的原因和必要条件）

在多道程序系统中，可借助于多个进程的并发执行来改善系统的资源利用率和提高系统的处理能力。但可能发生一种危险――死锁。

死锁，是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局，若无外力作这些进程都将永远不能再向前推进。

产生死锁的原因可归结为以下两点：

（1）竞争资源。为多个进程所共享的资源不足，引起它们对资源的竞争而产生死锁；

（2）进程推进顺序不当。进程运动过程中，请求和释放资源的顺序不当，而导致进程死锁。

2.死锁的起因

（1）竞争资源引起死锁

二、死锁的处理

1.预防死锁

通过设置某些限制条件，以破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或几个，来防止发生死锁。预防死锁是一种较易实现的方法，已被广泛使用。但由于所施加的限制条件往往太严格，可能导致资源利用率很低。

我们可以通过使（2）、（3）、（4）三个必要条件不能成立的方法，来预防死锁的产生，至于必要条件（1），由于是设备的固有特性，不仅不能改变，还应设法加以保证。

（1）摒弃“请求和保持”条件

为了摒弃这一条件，系统要求所有进程都一次性地申请其所需的全部资源，若系统拥有足够的资源分配给进程时，便把进程所需资源分配给它，这样，该进程在整个运行期间，便不会再提出资源请求，从而摒弃了请求条件，但只要有一种资源的要求不能满足，则已有的其他资源也全部不分配给该进程，让进程等待。由于在等待期间的进程不占有任何资源，因此摒弃了保持条件，从而可以避免发生死锁。

这种方法的优点是简单，易于实现，且很安全；但缺点也极其明显：

资源严重浪费：一个进程一次获得共所需的全部资源，严重地恶化了系统的资源利用率；

进程推迟运行：仅当进程获得其所需全部资源后，方能开始运行，但可能有某些资源长期被其它进程占用，致使进程迟迟不能运行。

（2）摒弃“不剥夺”条件

该策略规定，一个已保持了某些资源的进程，若新的资源要求不能立即得到满足，它必须释放已保持的所有资源，以后需要时再重新申请。这意味着，进程已占有资源在运行过程中可被剥夺，从而摒弃了“不剥夺条件”。

这种策略实现起来比较复杂，且要付出很大代价。因为一个资源在使用一段时间后被释放，可能会造成前阶段工作的失效。此外，该策略还可能由于反复地申请和释放资源，使进程的执行无限推迟。这不仅延长了进程的周转时间，也增加了系统开销。

（3）摒弃“环路等待”条件

该策略规定，系统将所有的资源按类型进行线性排队，并赋予不同的序号。例如，令输入机的序号为1，打印机的序号为2，穿孔机为3，磁带机为4，磁盘为5。所有进程对资源请求，必须严格按资源序号递增的顺序提出，如果申请的资源号小于已占用的资源序号，则它必须释放出序号小于申请序号的已占用资源。可以证明系统在任何情况下，不可能进入循环等待状态（用反证法），因而摒弃了“环路等待”条件。在采用这种策略时，由于总有一个进程占据了较高序号的资源，它继续请求的资源必然是空闲的，因此进程可以一直向前推进。

该策略较之前两种策略，在资源利用率、系统吞吐量上都有显蓍提高，但也存在不述严重问题：

（1）为系统中各种资源类型分配的序号，必须相对稳定，这就限制了新设备类型的增加；

（2）尽管在为资源分配序号时，已考虑到大多数作业实际使用这些资源的顺序，但也经常会发生作业使用资源的顺序与系统规定顺序不同的情况，造成资源的浪费。

2.避免死锁

不需事先采取各种限制措施去破坏产生死锁的必要条件，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，从而避免发生死锁。这种方法只需在事先加以较弱的限制条件，便可获得较高的资源利用率及系统吞吐量，但在实现上有一定的难度。在目前较完善的系统中，常用此方法来避免死锁的发生。

在预防死锁中所采取的几种策略，都施加了较强的限制条件，因而严重地损害了系统性能。而避免死锁方法所施加的限制条件较弱，可能获得较为满意的系统性能。

死锁避免可被称为动态预防，因为系统采用动态分配资源的方法，在分配过程中预测出死锁发生的可能性并加以避免。这种方法中把运行中的系统归为下述两种状态：

（1）安全与不安全状态

3.检测死锁和解除死锁

预防和避免死锁的方法相对比较保守，且都是以牺牲机器的效率和浪费资源为代价的，检测和解除死锁预先并不采取任何限制性措施，也不检查系统是否已进入不安全态，允许系统在运行过程中发生死锁，但可通过系统设置的检测机构，及时地检测出死锁的发生，并精确地确定与死锁有关的进程和资源；然后，采取适当措施，以最小的代价从系统中将已发生的死锁清除掉。

解除死锁是与检测死锁相配套的一种措施，用于将进程从死锁状态下解脱出来。常用的实施方法是撤消或挂起一些进程，以便回收一些资源，再将这些资源分配给已处于阻塞状态的进程，使之转为就绪状态以继续运行。

（1）剥夺资源。从其它进程剥压足够数量的资源给死锁进程，以解除死锁状态；

（2）撤消进程。最简单的撤消进程的方法是使全部死锁进程都夭折掉；稍为温和一点的方法是按照某种顺序逐个地撤消进程，直至有足够的资源可用，死锁状态消除为止。

死锁的检测和解除，有可能使系统获得较好的资源利用率和系统吞吐量，但在实现上难度也较大。

三、结束语

计算机的软硬件不断地更新换代，这使得计算机性能大幅度的提升，但是提升的同时，资源浪费这个问题也就越来越严重。在解决资源浪费的同时，操作系统进程的死锁问题又困扰着程序设计者。本文针对这个问题作出的系统的研究并且提出了问题的解决方案，为计算机资源可以被充分的利用提供了一些理论基础。相信随着计算机的快速发展，操作系统进程的死锁问题会得到很好的解决。

参考文献：

[1]吴企渊.计算机操作系统.清华大学，2006.

[2]刘义常.操作系统原理.中国水电，2006.

[3]陆丽娜.分布式操作系统.电子工业，2005.

[4]（美）Abraham Silberschatz & Peter Baer Galvin & Greg Gagne操作系统概念(第六版)高等教育出版社，2002―05.

[5]进程管理知识库.www.省略/.