申論題

死結（Deadlock）現象的解釋

在作業系統中，死結（Deadlock）是一種現象，指的是一組進程在等待某些資源，而這些資源正被其他進程佔用，且這些進程彼此之間形成了一個循環等待的關係，導致所有進程都無法繼續執行。

簡單地說，死結是一種資源分配的僵局，涉及多個進程彼此等待而無法前進的情況。

死結發生的四個必要條件

發生死結需要同時滿足以下四個條件，這些條件通常稱為「Coffman條件」：

1. 互斥條件（Mutual Exclusion）：

   • 資源一次只能被一個進程使用。如果另一個進程請求資源，則必須等待直至資源被釋放。

2. 持有並等待條件（Hold and Wait）：

   • 一個進程已經持有至少一個資源，並且正在等待獲得另外一個資源，而該資源正被其他進程持有。

3. 不剝奪條件（No Preemption）：

   • 資源不能被強制從進程中剝奪，只能由持有它的進程自己釋放。

4. 循環等待條件（Circular Wait）：

   • 存在一個進程集 {P1,P2,...,Pn}，其中 P1 正在等待 P2 持有的資源，P22 正在等待 P3 持有的資源，…，而 Pn 則正在等待 P1持有的資源，形成一個循環等待的環路。

死結的例子

考慮兩個進程 P1和 P2，以及兩個資源 R1 和 R2：

• 進程 P1 持有資源 R1並請求資源 R2。
• 進程 P2持有資源 R2 並請求資源 R1。

在這種情況下：

• P1 等待 P2 釋放資源 R2。
• P2 等待 P1 釋放資源 R1。

這樣就形成了一個循環等待，導致死結。

死結的預防與避免

為了避免或預防死結，作業系統可以採取以下幾種策略：

1. 預防策略（Deadlock Prevention）：

   • 設計系統以避免四個必要條件之一的發生，例如：不允許持有並等待或允許資源剝奪等。

2. 避免策略（Deadlock Avoidance）：

   • 使用某種算法（如銀行家算法）來確保系統永遠不會進入死結狀態。

3. 檢測與恢復（Deadlock Detection and Recovery）：

   • 系統定期檢測死結並在發現死結時進行處理，例如：強制撤銷某些進程以打破死結。

4. 資源分配圖（Resource Allocation Graph）：

   • 使用資源分配圖來動態地檢測和避免死結。

總結來說，死結是一種需要小心管理的資源分配問題，作業系統設計中必須考慮並採取適當的策略來防止或解決死結。