面试题：进程管理之多核处理器下进程与线程的资源分配

Question

多核处理器中，如何有效地为进程和线程分配资源以避免资源竞争和死锁？请详细说明资源分配算法的设计思路，并举例说明可能出现死锁的场景及对应的预防方法。

Answer 1

资源分配算法设计思路

1. 资源分配图算法：
   • 维持一个资源分配图，节点表示进程和资源，边表示进程对资源的请求或分配关系。
   • 通过算法（如银行家算法）检测图中是否存在环，若存在环则可能产生死锁，此时不进行资源分配。
2. 按序分配资源：
   • 为所有资源类型分配一个唯一编号。
   • 要求每个进程按照编号递增的顺序请求资源。这样可避免形成环，因为若进程按序请求，就不会出现资源请求的循环依赖。
3. 资源分配的层次化管理：
   • 将资源划分为不同层次，高层次资源依赖低层次资源。
   • 进程先获取低层次资源，再获取高层次资源，释放时反之。这有助于减少资源竞争的复杂性，降低死锁风险。

可能出现死锁的场景及预防方法

1. 场景：
   • 假设有两个进程 P1 和 P2，有资源 R1 和 R2。P1 已经占用了 R1 并请求 R2，P2 已经占用了 R2 并请求 R1，此时两个进程相互等待对方释放资源，形成死锁。
2. 预防方法：
   • 使用资源分配图算法：若采用银行家算法，在 P1 请求 R2 时，系统检查分配后是否安全，发现不安全则拒绝分配，避免死锁。
   • 按序分配资源：若 R1 编号小于 R2，P2 不能先请求 R2 再请求 R1，只能按序先请求 R1，从而避免死锁。