面试题：并发与同步：死锁避免与资源利用率的权衡策略

Question

在实际操作系统中，死锁避免机制可能会影响资源利用率。请分析在追求高资源利用率和避免死锁之间，有哪些常见的权衡策略？如何在设计系统时，通过对资源分配策略、进程调度策略等方面的调整，来尽量平衡死锁避免与资源利用率之间的关系？

Answer 1

常见权衡策略

1. 资源分配图算法：使用资源分配图算法（如银行家算法），在分配资源前检查系统是否处于安全状态。虽然这能有效避免死锁，但每次资源请求都需进行复杂计算，可能降低资源分配速度，影响利用率。权衡在于在保证安全（避免死锁）前提下，优化算法性能以减少对资源利用率的影响。
2. 资源预分配：进程启动时就分配其所需的全部资源。这样可保证进程不会因资源不足而死锁，但会导致资源长时间被占用，其他进程无法使用，严重降低资源利用率。权衡是针对资源需求可预测且相对稳定的进程使用该策略，对需求变化大的进程不采用，以此平衡死锁避免和资源利用率。
3. 死锁检测与恢复：不进行实时死锁避免，而是定期检测死锁，发现死锁后采取回滚进程、剥夺资源等方式恢复。此方法可提高资源利用率，因为资源能更灵活分配，但死锁发生后处理成本高。权衡在于合理设置检测周期，周期短检测频繁影响性能，周期长死锁存在时间久，对系统影响大。

设计系统时的平衡方法

1. 资源分配策略调整
   • 动态分配与静态分配结合：对于短期使用且需求明确的资源采用动态分配，提高利用率；对长期使用且需求稳定的资源采用静态分配，避免死锁。
   • 分级分配：将资源按重要性和使用频率分级，优先保证重要资源的分配，对不重要资源可采用更灵活的分配策略，在避免死锁同时提高整体资源利用率。
2. 进程调度策略调整
   • 优先级调度：给重要进程、资源需求少的进程更高优先级。重要进程优先获得资源，避免因等待资源长时间阻塞影响系统功能；资源需求少的进程快速执行完毕释放资源，提高资源周转率，从而在一定程度上平衡死锁避免与资源利用率。
   • 公平调度：确保每个进程都有机会获得资源，避免某些进程因资源长期被占用而饿死，降低死锁风险，同时维持系统资源的公平使用，保障整体资源利用率。