面试题：并发与同步：死锁预防策略的理解

Question

请阐述资源分配图算法在死锁预防中的原理，以及它如何通过对资源分配图的分析来避免死锁的产生，并举例说明其应用场景。

Answer 1

资源分配图算法在死锁预防中的原理

资源分配图算法基于资源分配图（RAG），该图包含进程节点（P）和资源节点（R）。进程对资源的请求和分配关系通过有向边表示。其原理是通过对资源分配图进行分析，检测是否存在环，若存在环则可能存在死锁。算法会尝试通过合理的资源分配策略，打破可能形成的环，从而预防死锁。

通过分析资源分配图避免死锁产生的方式

1. 检测环：算法周期性地检查资源分配图中是否存在环。若有环，意味着存在一组进程相互等待对方释放资源，这是死锁的潜在条件。
2. 资源分配策略：当检测到环时，算法会采取措施打破环。例如，选择一个进程，剥夺其已分配的资源，分配给其他进程，从而打破相互等待的关系，避免死锁。

应用场景举例

1. 银行家算法应用场景：在操作系统资源管理中，假设系统有多个进程竞争CPU、内存、I/O设备等资源。如进程P1申请内存资源，进程P2申请CPU资源，同时P2可能持有I/O设备资源并等待内存，P1可能持有CPU资源并等待I/O设备资源。通过资源分配图算法，可分析资源分配情况，避免形成死锁环。例如，银行家算法就是基于资源分配图的思想，在为进程分配资源前，先检查此次分配是否会导致系统进入不安全状态（可能形成死锁），若会则拒绝分配，从而预防死锁。
2. 分布式系统：在分布式数据库系统中，多个事务可能竞争锁资源。例如事务T1锁定了数据项A并请求数据项B的锁，事务T2锁定了数据项B并请求数据项A的锁，这就可能形成死锁环。资源分配图算法可用于分析事务对锁资源的请求和分配关系，及时发现并打破可能形成的死锁环，保证系统正常运行。