操作系统实验__死锁

### 操作系统实验——死锁 #### 实验背景与意义 在多进程并行操作的计算机系统中，进程之间的资源竞争可能导致系统进入一种僵局状态，即“死锁”。一旦出现死锁，参与死锁的进程将无法继续执行，这会严重影响系统的性能和稳定性。因此，研究死锁的发生机制及其解决方法对于提高操作系统的设计水平和优化系统资源管理至关重要。 #### 实验目标 1. **理解死锁的概念与特点**：通过本次实验，学生将能够深入了解死锁的定义、特征以及其对系统的影响。 2. **掌握死锁产生的四个必要条件**：包括互斥条件、请求与保持条件、不可剥夺条件和环路等待条件。 3. **熟悉银行家算法的基本原理**：了解如何通过银行家算法检测系统是否处于安全状态，从而避免死锁的发生。 4. **实践银行家算法的实现**：通过编程模拟银行家算法的过程，加深对算法的理解。 #### 实验内容 1. **死锁避免实验**：设计并实现一个简单的程序来模拟银行家算法的工作流程。 #### 死锁产生的四个必要条件 - **互斥条件**：指系统中的某些资源在某一时刻只能被一个进程占有。例如，打印机通常只能由一个进程使用。 - **请求与保持条件**：当一个已经持有某些资源的进程申请新的资源时，如果暂时得不到满足，则它会保持已经拥有的资源等待。 - **不可剥夺条件**：一旦一个资源被分配给某个进程后，该资源不能被其他进程抢占，只有该进程自己可以释放资源。 - **环路等待条件**：若系统中存在一组进程{P1, P2, ..., Pn}，使得P1正等待P2持有的资源，P2正等待P3持有的资源，……，Pn正等待P1持有的资源，形成了一个等待环，则称系统出现了环路等待条件。 #### 银行家算法简介 银行家算法是一种用于避免死锁的算法。该算法通过动态检测系统资源的分配情况，判断系统是否处于安全状态。如果系统处于安全状态，则不会发生死锁；反之，则可能发生死锁。 - **安全状态**：如果存在一个安全序列（一个进程序列，其中每个进程都能得到所需的全部资源而完成运行），则称系统处于安全状态。 - **不安全状态**：如果不存在这样的安全序列，则称系统处于不安全状态，此时可能发生死锁。 #### 银行家算法的具体步骤 1. **初始化系统资源**：定义各种数据结构，如资源分配表、最大需求表、可用资源表等。 2. **安全性检测**：根据当前系统的资源分配情况，使用银行家算法来判断系统是否处于安全状态。 - **安全性检测算法**： 1. 初始化工作集`Work`，将其设置为当前系统中所有可用资源的集合。 2. 初始化完成集`Finish`，标记所有进程初始状态为未完成。 3. 从当前未完成的进程中选择一个，计算它还需要多少资源才能完成，然后检查这些资源是否都可以从`Work`中获得。 4. 如果可以获得所有需要的资源，则将这些资源从`Work`中移除，并将该进程标记为已完成。 5. 重复步骤3和4，直到所有进程都被标记为完成或不能再找到下一个可以完成的进程为止。 6. 如果所有进程都被标记为完成，则系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态。 #### 实验案例分析 实验案例提供了一个简单的C语言程序示例，该程序模拟了银行家算法的工作流程。程序首先初始化资源和进程的各种信息，然后通过调用安全性检测算法来判断系统是否处于安全状态。 1. **资源初始化**：程序首先要求用户输入资源的种类数和进程总数，接着初始化各个数据结构。 2. **安全性检测**：按照银行家算法的安全性检测步骤，程序通过递归或循环的方式检查是否能形成一个安全序列。 3. **结果输出**：程序输出系统是否处于安全状态的信息，以及安全序列（如果存在）。 通过这个实验，学生不仅可以深入理解死锁的概念及其预防方法，还可以通过实际编程加深对银行家算法的理解。这对于学习操作系统原理和资源管理技术具有重要的实践意义。