面试题：并发与同步：死锁预防策略之资源分配图算法理解

Question

在操作系统的死锁预防策略中，资源分配图算法是一种常用的方法。请简要描述资源分配图算法是如何检测和预防死锁的，以及它在并发系统中的应用场景。

Answer 1

资源分配图算法检测和预防死锁的方式

1. 检测死锁
   • 资源分配图算法通过对资源分配图进行化简操作来检测死锁。首先，在资源分配图中寻找既不阻塞又非独立的进程节点。如果存在这样的进程节点，意味着该进程可以获取所需资源并运行完成，然后释放其占用的资源。将该进程及其相关的边从资源分配图中删除，这就是一次化简操作。
   • 重复进行上述化简操作，如果最终资源分配图中所有节点都被删除，说明系统不存在死锁；如果无法再进行化简且图中仍存在未删除的节点，那么这些未删除的节点构成的子图就是死锁环，表明系统发生了死锁。
2. 预防死锁
   • 资源分配图算法预防死锁主要基于对资源请求的限制。在每次进程请求资源时，系统先模拟该请求的分配，然后检查资源分配图经过化简后是否会出现死锁情况。如果模拟分配后资源分配图化简结果显示不会出现死锁，才真正进行资源分配；若模拟分配后会出现死锁，则拒绝该资源请求，从而预防死锁的发生。

在并发系统中的应用场景

1. 数据库管理系统：在数据库系统中，多个事务可能同时请求对不同数据项的读写锁。资源分配图算法可以检测事务之间是否会因为锁的争夺而产生死锁，例如银行转账事务，A账户向B账户转账，同时另一个事务可能从B账户向A账户转账，通过该算法可预防这种情况下死锁的发生，确保数据库操作的一致性和并发性。
2. 多线程编程：在多线程应用程序中，线程需要获取不同的共享资源（如文件句柄、内存块等）。资源分配图算法能帮助检测线程间由于资源竞争导致的死锁。例如，在一个多线程的图形渲染程序中，不同线程可能需要获取纹理资源、顶点缓存等，利用该算法可预防死锁，保证程序高效运行。
3. 分布式系统：在分布式环境下，不同节点上的进程可能竞争网络资源、分布式存储资源等。资源分配图算法可以扩展应用于分布式系统，检测和预防因资源分配不当而造成的跨节点死锁，确保分布式系统的稳定性和可靠性。