计算机操作系统习题及答案..pdf

在计算机科学领域，操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源的系统软件。它为应用程序和用户提供了一个共用的平台，以便于更好地使用计算机系统。然而，在多任务环境下，操作系统可能会面临一个复杂的问题——死锁。死锁问题的解决是操作系统设计和分析中一个非常重要的内容，它关系到整个系统能否高效、稳定地运行。本文将围绕死锁的概念、类型、条件、预防、避免、检测和解除等方面进行详细阐述，并探讨其与系统性能和资源分配策略之间的关联。 我们来界定什么是死锁。死锁是指在多任务操作系统中，两个或多个进程因为竞争资源而产生的一种僵局。在死锁状态下，相关进程无法继续执行，因为它们都在等待其他进程释放资源。死锁可以分为资源死锁和通信死锁两种。资源死锁通常涉及如打印机、内存、处理器等物理资源的分配问题；而通信死锁则发生在进程间通信时，由于消息传递的不正确顺序或循环等待等原因造成。 要理解死锁，就必须了解它的四个必要条件：互斥、占有且等待、非抢夺和循环等待。互斥意味着某个资源一次只能被一个进程使用；占有且等待是指进程至少持有一个资源，并且正在等待获取其他进程持有的资源；非抢夺指的是资源不能被强制从当前占有它的进程中抢夺；循环等待则意味着存在一个进程等待序列，每个进程都在等待下一个进程持有的资源，形成了一个环形。 对于死锁问题，预防和避免是最常见的处理策略。预防死锁通常通过破坏死锁的四个必要条件中的至少一个来实现。例如，可以通过资源的有序分配策略来破坏循环等待条件。另一种方法是通过限制进程能够申请资源的顺序，使进程在开始执行前必须一次性申请所有必需的资源，从而避免死锁。 死锁的避免通常涉及到更为复杂的技术，如银行家算法。银行家算法是一种避免死锁的算法，它模仿了银行贷款的方式，通过预测未来的资源需求来决定是否分配资源，从而避免可能的死锁情况。该算法在资源分配前会先判断分配后系统是否处于安全状态，如果不在安全状态，则不分配资源，避免系统进入死锁。 当死锁已经发生时，系统必须采取措施来检测和解除死锁。死锁的检测可以通过多种方法，如资源分配图、资源分配矩阵等进行。一旦检测到死锁，可以通过资源剥夺法、进程撤销法、进程回退法等方法解除死锁。资源剥夺法是强行从一个进程中夺取资源分配给其他进程；进程撤销法则是终止引起死锁的进程；进程回退法是让进程回退到安全状态后继续执行。 解决死锁问题，除了预防、避免、检测和解除，资源分配策略也至关重要。资源分配策略包括静态分配和动态分配。静态分配策略在进程开始执行前分配所有必需资源，减少了死锁的可能性；而动态分配策略则在进程执行过程中根据需要动态地分配和释放资源，增加了系统的灵活性，但同时也增加了死锁的可能性。 进程调度算法也会影响死锁的发生。例如，优先级调度算法可能会导致一些低优先级进程永远得不到足够资源，从而产生死锁。因此，在设计调度算法时，必须考虑到死锁的可能性，尽可能地减少其发生的机会。 死锁与系统性能息息相关。系统处于死锁状态时，资源无法得到合理利用，进程得不到所需资源而停滞不前，系统效率大幅度降低，严重时可能导致系统崩溃。因此，死锁的管理和控制，不仅是为了避免系统崩溃，也是为了提高系统的整体性能。 死锁是计算机操作系统中一种需要高度关注的问题。通过对死锁的深入理解，采用合理的预防、避免、检测和解除策略，以及制定恰当的资源分配和调度策略，可以有效地控制死锁的发生，从而保证操作系统的稳定运行和资源的高效利用，最终提升整个系统的性能。