面试题：并发与同步：资源分配图算法在嵌入式系统死锁预防的应用

Question

假设你正在开发一个基于多任务的嵌入式系统，资源存在多种类型且每个任务对资源的需求不同。请描述如何利用资源分配图算法来预防死锁，并说明该算法在实际应用中的优缺点。

Answer 1

利用资源分配图算法预防死锁的方法

1. 资源分配图算法概述：资源分配图算法通过对系统中资源和任务（进程）之间的请求与分配关系进行图形化表示和分析，以检测和预防死锁。
2. 算法步骤：
   • 构建资源分配图：将每个任务（进程）表示为一个节点，每种资源类型也表示为一个节点。如果任务请求资源，则从任务节点向资源节点画一条请求边；如果资源已分配给任务，则从资源节点向任务节点画一条分配边。
   • 化简资源分配图：寻找一个既不阻塞又非独立的进程节点（即该进程的所有请求边所指向的资源都有空闲，且该进程已分配到的资源可以释放）。将此进程节点及其相关的请求边和分配边删除，重复此步骤。
   • 死锁判断与预防：如果经过化简后，所有节点都被删除，说明系统处于安全状态，不会发生死锁；若存在无法删除的节点，即存在环，则可能发生死锁。为预防死锁，当一个新的请求出现时，先模拟分配资源并检查资源分配图是否可化简，若化简后图中无环，则允许分配，否则拒绝分配。

实际应用中的优点

1. 直观性：资源分配图以图形方式直观展示系统中资源和任务之间的关系，便于理解和分析系统状态。
2. 动态检测：能在系统运行过程中动态检测资源分配情况，实时发现潜在死锁风险，可及时采取措施预防死锁发生。
3. 通用性：适用于各种类型的资源和多任务环境，对不同的嵌入式系统架构和资源类型都有较好的适用性。

实际应用中的缺点

1. 计算开销：每次有资源请求时都要进行资源分配图的化简操作，计算量较大，对于资源和任务数量较多的系统，会占用较多的系统资源和时间，影响系统性能。
2. 资源浪费：为避免死锁，某些情况下可能拒绝合理的资源请求，导致资源不能充分利用，降低系统资源利用率。
3. 图的维护复杂：随着系统中任务的创建、结束以及资源的动态分配和回收，资源分配图需要不断更新和维护，增加了系统实现的复杂性。