2012年軟考軟件設計師重點難點：死鎖

　　死鎖（Deadlock）是指多個進程在運行的過程中因爭奪資源而造成的一種僵局。當進程處于這種僵持狀態時，若無外力作用，它們都將無法再向前推進。在軟件設計師的考試當中，這個知識點的考查是以選擇題的形式出現的，考點主要有：死鎖的必要條件、解決死鎖的方法，最難高難度會考到“銀行家算法”。本文將介紹死鎖的相關知識，但不會具體講解“銀行家算法”，該算法將在本系列的下一篇文章中詳細說明。

　　1、死鎖發生的必要條件

　　死鎖的發生必須具備四個必要條件，這四個條件相互聯系、缺一不可。

　　（1）互斥條件：指進程對所分配到的資源進行排他性使用，即在一段時間內某資源只由一個進程占用。如果此時還有其他進程請求該資源，則請求者只能等待，直至占有該資源的進程用完并釋放。

　　（2）請求和保持條件：指進程已經保持了至少一個資源，但又提出了新的資源請求，而該資源又已被其他進程占有，此時請求進程阻塞，但又對自己已獲得的其他資源保持不放。

　　（3）不剝奪條件：指進程已獲得的資源，在未使用完之前，不能被剝奪，只能在使用完時由自己釋放。

　　（4）環路等待條件：指在發生死鎖時，必然存在一個進程--資源的環形鏈，即進程集合{P0，P1，P2…Pn}中的P0正在等待一個P1占用的資源，P1正在等待P2占用的資源，……Pn正在等待已被P0占用的資源。

　　2、解決死鎖的策略

　　解決死鎖的策略通常有三種：死鎖預防、死鎖避免以及死鎖解除。前兩種方法是“事前措施”，而死鎖解除是“事后解決方案”。

　　（1）死鎖預防：“解鈴還需系鈴人”，隨便破壞導致死鎖這任意一個必要條件就可以預防死鎖。例如，要求用戶申請資源時一起申請所需要的全部資源，這就破壞了保持和等待條件；將資源分層，得到上一層資源后，才能夠申請下一層資源，它破壞了環路等待條件。預防通常會降低系統的效率。

　　（2）死鎖避免：避免是指進程在每次申請資源時判斷這些操作是否安全，典型算法是“銀行家算法”（本系列文章的下一篇將詳細講解該問題）。但這種算法會增加系統的開銷。

　　（3）死鎖解除：該方法的思路很簡單，通過死鎖檢測判斷系統是否處于死鎖狀態，若死鎖，則由系統強制剝奪部分進程的資源，將資源強行分配給別的進程。

　　3、判斷系統是否可能進入死鎖狀態

　　從上面的死鎖解決方案來看，無論哪一種方式都不可避免的要增加系統的負擔。而同時一個系統是否有可進入死鎖狀態受系統資源數量，需要使用該資源的進程數量等因素影響。若系統本不可能引起死鎖，而我們采用了死鎖解決方案，是很不合理的。所以，考試中常考到這樣的題型：給出系統的資源數，以及需要使用該資源的進程數量等參數，讓考生判斷系統有無可能產生死鎖。下面我們以例題的方式來說明如何解決這類問題。

　　例題1：

　　系統有3個進程：A、B、C。這3個進程都需要5個系統資源。如果系統有多少個資源，則不可能發生死鎖。

　　解答：

　　在分析這個問題時，我們可以取一些簡單的數據代入試題進行驗證、分析，以得到相應的規律。

　　如：

　　（1）當系統資源數量為9時，若給A與B分別分配了4個資源，C分配了1個資源，則系統中的每個進程都存在資源不足的情況，而都不放手自己擁有的資源。不能正常運行完畢，發生死鎖。

　　（2）當系統資源數量為12時，若給A、B、C各分配4個資源，則死鎖。

　　（3）當系統資源數量為13時，無論如何分配，總有至少1個進程能得到5個資源，得到5個資源的進程可以正常運行完畢，而后將自己占用的資源分配給其它進程，所以這樣能使所有進程運行完畢。

　　從上面的嘗試，我們可以總結出一個規律：先給所有進程分配他們所需要的資源數減1個資源，然后系統如果能再剩余1個資源，則系統不會發生死鎖。這樣解答本題變得非常容易。

　　(5-1)*3+1=13。

　　例題2：

　　一臺計算機有10臺磁帶機被m個進程競爭，每個進程最多需要三臺磁帶機，那么m至多為 時，系統沒有死鎖的危險。

　　A．3 B．4 C．5 D．6

　　解答

　　首先從m=6開始考察，首先每個進程分配1臺，剩下的4臺只能分配給4個進程，還有2個進程沒有分配，如果已經分配了2臺的4個進程需要3臺的話，則系統就會死鎖。同樣，如果m=5，也會發生這種情況。當m=4時，每個進程可以分得2臺，還有2個進程可分得3臺，則可正常運行，運行完畢后可釋放資源，從而不會死鎖。在解這道題時有些學員提出“如果按照答案m=4，則這4個進程都是需要3臺磁帶機的話，共需要12臺磁帶機，這樣還不會死鎖？”。這種想法是錯誤的，因為并不是同時把所有進程都分配給足夠的資源才能完成這些進程，可以是一個進程先執行完，釋放完資源再執行另一個進程。

　　例如：4個進程中，每個進程分配2臺磁帶機，用去了8臺。剩下2臺，仍然可以滿足兩個進程，直到他們完成，釋放他們暫用的磁帶機