操作系统复习 1.并发和死锁 20131019
前言：
在TP面试的时候问到了操作系统中的死锁问题，还有就是在 YY遇到的进程同步问题，这些是在操作系统的两部分内容，之前没有复习，吃点亏，现在补回来。
1. 死锁的原因
一组互相竞争系统资源或者是进行通信的进程间的永久阻塞。当进程都在等待某一个事件（典型的是等待所请求资源的释放），而只有在这组进程中其他也被阻塞的进程才可以触发该事件，这组进程发生了死锁。
进程竞争的资源分为两种一种是可以重用性的资源，一种是可消耗的资源。可以重用的资源一次只能够提供给一个进程使用，而且不会因为使用而耗尽资源，进程使用完资源的时候，释放资源，其他的进程可以再次使用，比如 CPU处理器，IO 内存，外存，信号量数据库等等。
可消耗的资源：比如中断、信号、消息、 IO缓冲区域。
没有一个可以解决所有类型死锁的有效策略，对于死锁我们只能够预防、避免和检测。
死锁预防：是一种比较保守的方法，预先提交资源，一次性请求所有资源、抢占、资源排序等等，但是这些方式有着不同的缺点，比如：资源排序，就不允许增加对之前申请过的资源的请求。一次性请求所有的资源的话，就会造成资源的利用率比较低，而且实现必须知道对所有资源的请求情况，延迟了进程的初始化。
死锁避免：处于检测和预防的之间的方法，对于没分配一个资源，操作系统必须能够执行至少一个进程，否则不会分配资源的。但是缺点十分明显，就是必须知道将来资源的请求情况。
死锁检测：非常自由的分配资源只要有可能，请求的资源都会被允许，通过周期性的检测当前的所有的进程中之间是否存在死锁，不会延迟进程的初始化，但是当检测到死锁情况发生的时候，可能需要抢占该进程的资源，让该线程终止。
死锁发生的条件：
互斥：一个资源只能够供一个进程使用，已分配给进程的资源，不可以在分配给其他的进程；占有且等待：当进程等待其他进程释放资源的时候，他申请的并且已经获得的资源是继续占有已经获得的资源的；不可抢占：不可以抢占进程已经占有的资源；循环等待：存在一个封闭的进程链，是每一个进程至少占有此链中下一个进程所需要的一个资源。
对于死锁的情况，我们从条件上加以破除，就不会产生死锁了。
2. 死锁的预防
互斥： 不可以禁止，因为如果需要对资源进行互斥的访问，操作系统必须支持互斥；
占有且等待：预防占有且等待，可以一次请求该进程的所有资源，并且阻塞该进程，如果没有满足请求道所有的资源；
不可以抢占：必须保存当前的处理器的状态，才可以将阻塞的进程占有的资源释放掉，供其他的进程请求。
循环等待：将所有的资源请求进行排序，这样就不会出现进程之间的循环等待，但是禁止了进程在次申请之前的已经申请的资源。
3. 死锁的避免
死锁预防通过防止三个必要条件中的一个，防止出现循环等待的情况，这种方法比较低效，而且不太实用。死锁避免则相反，他是允许三个必要条件，但是不允许出现循环等待的状况，这样会允许处理更多的并发请求。
在死锁的避免中，是否同意资源的请求是通过判断该请求是否可能造成死锁来决定的。如果一个进程的启动会造成死锁的话，则不启动该进程；如果一个进程增加资源请求的话，会造成死锁，则不分配给他资源。
有银行家算法（拒绝在分配资源）和拒绝启动进程的算法。
首先是拒绝启动的算法：
R 表示系统资源， V 表示未分配的资源，C[i][j]表示进程 i对资源j 的需求， A[i][j]表示的是进程i中已经分配了资源 j的数目。根据这个矩阵的关系，定义了一个死锁避免的策略：如果一个新进程的资源需求会导致死锁，则拒绝启动这个新的进程。
R >= Cn+1 + sum(Ci)
银行家算法：
就是一系列的进程已经运行， R表示总的资源数目，V表示当前未分配的资源， C表示需求的资源，A表示当前已经给进程分配的资源，那么 C-A矩阵就是新的资源分配需求， V需要满足至少一条C-A，否则不会分配资源给进程。然后再可以执行的进程结束的时候，回收掉该进程的所有资源。
4. 死锁的检测
检测死锁的情况， Allocation矩阵表示的是已经分配的资源， Q表示进程请求的资源，R表示资源的总数目， Available表示当前可用的资源。
首先将Allocation中的 0行标记，然后是在Q中找到一行可以让 Available满足，如果找到，则将Allocation对应的行加到 Available中，继续该过程，知道找不到为止，如果出现了没有标记的进程，那么他们就是死锁的进程，需要处理。
万一系统中出现死锁的状况，就需要以某种策略恢复死锁：
取消所有的死锁进程，一般是是操作系统会这样做；回滚到前面有效的检查点，重新启动所有进程，但是死锁可能再次发生；连续取消死锁进程，知道不在出现死锁为止，这个时候需要重启死锁检测算法。
3. 哲学家就餐问题
使用的是信号量解决：美味哲学家都坐下来拿左边的叉子，拿到的话，再去那右边的叉子。这样规定了一个拿叉子的顺序，就可以吃到饭了：
semaphore fork[5] = {1};
void philosopher(int i){
while(true){
think();
wait(fork[i]);
wait(fork[(i+1)%5]);
eat();
signal(fork[i+1]);
signal(fork[i]);
}
}
或者是只允许数目四个科学家进入就餐，这样至少一位可以拿到两把叉子。
4.Linux 中的管道机制、消息、共享内存、信号量