2012年軟考軟件設(shè)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(tài)時，若無外力作用，它們都將無法再向前推進。在軟件設(shè)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(xiàn)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(guān)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(fā)生的必要條件

　　死鎖的發(fā)生必須具備四個必要條件，這四個條件相互聯(lián)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(nèi)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(jīng)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(huán)路等待條件：指在發(fā)生死鎖時，必然存在一個進程--資源的環(huán)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(yù)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(yù)防：“解鈴還需系鈴人”，隨便破壞導(dǎo)致死鎖這任意一個必要條件就可以預(yù)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(huán)路等待條件。預(yù)防通常會降低系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)是否處于死鎖狀態(tài)，若死鎖，則由系統(tǒng)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(tǒng)是否可能進入死鎖狀態(tài)

　　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(tǒng)的負擔。而同時一個系統(tǒng)是否有可進入死鎖狀態(tài)受系統(tǒng)資源數(shù)量，需要使用該資源的進程數(shù)量等因素影響。若系統(tǒng)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(tǒng)的資源數(shù)，以及需要使用該資源的進程數(shù)量等參數(shù)，讓考生判斷系統(tǒng)有無可能產(chǎn)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(tǒng)有3個進程：A、B、C。這3個進程都需要5個系統(tǒng)資源。如果系統(tǒng)有多少個資源，則不可能發(fā)生死鎖。

　　解答：

　　在分析這個問題時，我們可以取一些簡單的數(shù)據(jù)代入試題進行驗證、分析，以得到相應(yīng)的規(guī)律。

　　如：

　�。�1）當系統(tǒng)資源數(shù)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(tǒng)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(fā)生死鎖。

　�。�2）當系統(tǒng)資源數(shù)量為12時，若給A、B、C各分配4個資源，則死鎖。

　�。�3）當系統(tǒng)資源數(shù)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(jié)出一個規(guī)律：先給所有進程分配他們所需要的資源數(shù)減1個資源，然后系統(tǒng)如果能再剩余1個資源，則系統(tǒng)不會發(fā)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(tǒng)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(jīng)分配了2臺的4個進程需要3臺的話，則系統(tǒng)就會死鎖。同樣，如果m=5，也會發(fā)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(xué)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(zhí)行完，釋放完資源再執(zhí)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