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1. 死锁的产生原因

• 竞争资源：当多个进程共享系统资源（如内存、I/O设备、文件等），而资源数量不足以满足所有进程的需求时，进程之间会因争夺资源而陷入等待状态。
• 进程推进顺序非法：如果进程在运行过程中请求和释放资源的顺序设计不合理，例如先持有部分资源再请求其他资源却长期得不到响应，就可能导致死锁。

2. 死锁的4个必要条件（必须同时满足才会发生死锁）

• 互斥条件：资源不能被多个进程共享使用，某一时刻只能由一个进程独占。
• 请求与保持条件（Hold and Wait）：进程已经保持了至少一个资源，但仍请求其他被占用的资源。
• 不可剥夺条件（No Preemption）：已分配给进程的资源，在未使用完之前不能被系统强行回收或剥夺。
• 环路等待条件（Circular Wait）：存在一个进程链，每个进程都在等待下一个进程所持有的资源，形成闭合的环路。

3. 死锁的处理策略

• 鸵鸟策略：对死锁视而不见，认为其发生的概率极低，不采取任何措施（常见于桌面操作系统或嵌入式系统）。
• 预防策略：通过破坏上述四个必要条件之一来防止死锁发生：
  • 破坏“请求保持”：采用静态分配法，要求进程在运行前一次性申请全部所需资源；
  • 破坏“不可剥夺”：允许系统在必要时强制回收资源；
  • 破坏“互斥”：尽量将资源改为可共享方式（但某些资源无法共享，如打印机）；
  • 破坏“环路等待”：规定资源按线性顺序申请，避免循环依赖。
• 避免策略：在资源动态分配过程中，判断此次分配是否会导致系统进入不安全状态，如银行家算法就是典型的死锁避免方法。
• 检测与解除策略：
  • 使用资源分配图定期检测是否存在环路；
  • 若检测到死锁，则通过终止进程或抢占资源的方式解除死锁。

补充说明：
进程资源有向图是分析死锁的重要工具：

• 方框表示资源类，圆圈表示进程；
• 箭头进程 → 资源表示该进程正在请求该资源；
• 箭头资源 → 进程表示该资源已分配给该进程；
• 当图中出现环路时，说明可能存在死锁（对于单类资源，环路即意味着死锁；多类资源需进一步分析）。
  银行家算法是一种死锁避免算法，用于在动态分配资源时判断系统是否处于安全状态，即是否存在一个进程执行序列，使得所有进程都能顺利完成。其核心思想是：在为进程分配资源前，先模拟分配，检查系统是否仍处于安全状态，若安全才真正分配。

一、基本数据结构

设系统中有n个进程，m种资源类型：

• Available[1…m]：当前可用的每种资源数量。
• Max[n][m]：每个进程对各类资源的最大需求量。
• Allocation[n][m]：每个进程当前已分配到的各类资源数。
• Need[n][m] = Max - Allocation：每个进程还需要的资源数。

二、安全性检查算法（Safety Algorithm）

步骤如下：

1. 初始化：

   • Work[1..m] = Available（工作向量，表示当前可分配资源）
   • Finish[i] = false（标记进程是否成功完成）

2. 寻找满足条件的进程：

   • 找到一个进程i，使得：
     • Finish[i] == false
     • Need[i] ≤ Work（该进程所需资源不超过当前可用资源）

3. 若找到这样的进程：

   • 假设它能获得所需资源并运行完毕，则释放其占用资源：
     • Work = Work + Allocation[i]
     • Finish[i] = true
   • 回到第2步继续查找

4. 若所有进程都满足Finish[i] == true，则系统处于安全状态；否则为不安全状态。

✅ 安全序列：按Finish成功顺序排列的进程序列称为安全序列。只要存在至少一个安全序列，系统就是安全的。

三、资源请求处理流程

当某个进程提出资源请求时：

1. 检查请求是否超过其声明的最大需求：

   • 若Request[i] > Need[i]→ 出错（非法请求）

2. 检查系统是否有足够资源：

   • 若Request[i] > Available→ 进程等待

3. 试探性分配：

   • 更新状态：

     Available = Available - Request[i] Allocation[i] = Allocation[i] + Request[i] Need[i] = Need[i] - Request[i]

4. 调用安全性检查算法判断新状态是否安全。

5. 若安全 → 真正分配；
   否则 → 撤销试探性分配，让进程等待。

四、举例说明

假设有3个进程 P0、P1、P2，2种资源 A 和 B，总量为 (10, 7)：

Available = (3,3)

执行安全性检查：

1. 可行？P1: Need=(1,2) ≤ (3,3) → 是
   → Work += Allocation[P1] = (3,3)+(2,0)=(5,3)，Finish[P1]=true

2. P2: Need=(6,2) ≤ (5,3)? 否 → 跳过
   P0: Need=(7,4) ≤ (5,3)? 否

→ 卡住，无法完成所有进程 →无安全序列？

但再试其他顺序或重新计算可能发现某些情况仍可解。

实际中需遍历所有未完成进程寻找可行路径。

✅ 结论：只有当“试探性分配”后仍能找到一个安全序列时，才允许资源分配。