面试题：并发与同步：资源分配不当引发死锁的常见场景及解决思路

Question

请描述在操作系统中，由于资源分配不当可能导致死锁的几种常见场景，并阐述针对这些场景如何运用死锁预防策略来避免死锁的发生。

Answer 1

常见死锁场景

1. 资源竞争场景：多个进程竞争同一类资源，如打印机等独占资源。例如，进程A已经占有了打印机，进程B也请求打印机，而进程A又需要另一个资源（如扫描仪），进程B也需要该扫描仪，双方都不释放已占资源，从而导致死锁。
2. 循环等待场景：进程之间形成一种环形的资源依赖关系。比如，进程P1持有资源R1并请求资源R2，进程P2持有资源R2并请求资源R3，进程P3持有资源R3并请求资源R1，形成一个等待环，导致死锁。
3. 不可剥夺资源场景：当一个进程获得了某些不可剥夺的资源后，其他进程无法强行获取该资源。例如，一个进程申请到了内存空间，在它使用完毕之前，其他进程不能剥夺该内存空间，若资源分配不当，容易引发死锁。

死锁预防策略

1. 破坏互斥条件：使资源不再具有互斥性。但对于一些资源（如打印机）本身就需要互斥使用，这种方法适用性有限。不过在某些情况下，可通过共享资源来避免互斥，比如将打印机共享给多个进程同时使用（如采用虚拟打印机技术）。
2. 破坏占有并等待条件：进程在请求新资源时，不能持有其他资源。可以要求进程一次性申请所有需要的资源，若不能满足则不分配任何资源。例如，一个进程需要打印机和扫描仪，它必须在开始时就同时申请这两个资源，若资源不足则等待，而不是先占有打印机再申请扫描仪。
3. 破坏不可剥夺条件：允许对资源进行剥夺。当一个进程占有了部分资源，在申请新资源失败时，可剥夺其已占有的资源分配给其他进程。例如，进程A占有了资源R1，申请资源R2失败，系统可以剥夺进程A的资源R1给其他需要的进程，进程A等待资源R1和R2都可用时再重新申请。
4. 破坏循环等待条件：通过资源分配图算法（如银行家算法）来避免形成循环等待。为进程分配资源时，确保分配后不会形成进程之间的环形等待关系。或者对资源进行排序，规定进程只能按照资源序号递增的顺序申请资源。比如，资源R1序号小于R2，进程必须先申请R1，再申请R2，这样可以避免循环等待。