面试题：并发与同步之操作系统哲学家问题改进算法基础

Question

在操作系统哲学家问题的改进算法中，通常会采用哪些机制来避免死锁？请简要阐述每种机制的原理。

Answer 1

在操作系统哲学家问题的改进算法中，通常采用以下机制来避免死锁：

1. 资源分配图算法： 原理：通过检测资源分配图中是否存在环来判断是否可能发生死锁。若存在环且环中每个资源类型只有一个实例时，死锁必定发生；若存在环但环中有多个同类资源实例，不一定发生死锁。通过算法对资源分配图进行化简，当图中所有进程都能化简完成时，系统处于安全状态，否则可能发生死锁。
2. 银行家算法： 原理：把操作系统视为银行家，操作系统管理的资源相当于银行家管理的资金，进程向操作系统请求分配资源相当于用户向银行家贷款。操作系统在进行资源分配前，先判断此次分配是否会使系统进入不安全状态。若会进入不安全状态则拒绝分配，只有在分配后系统仍处于安全状态时才进行分配。安全状态是指系统能按照某种顺序为每个进程分配其所需资源，直到每个进程都能运行完成。
3. 破坏死锁的必要条件：
   • 破坏互斥条件：原理：允许资源共享，使进程不必互斥地使用资源。但这只适用于某些可共享资源，如只读文件，对于打印机等不可共享资源不适用。
   • 破坏占有并等待条件：原理：进程在请求新资源前，必须先释放已占有的所有资源。这样可避免进程在占有部分资源的情况下又等待其他资源，从而打破死锁的条件。
   • 破坏不可剥夺条件：原理：当一个进程占有了某些资源并请求新资源得不到满足时，可剥夺该进程已占有的资源分配给其他进程。但实现时要考虑对进程运行的影响及恢复进程运行的代价等。
   • 破坏循环等待条件：原理：对资源类型进行线性排序，规定进程只能按照资源序号递增的顺序请求资源，这样可避免形成资源请求环路，从而防止死锁。