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  • 操作系统死锁 四个必要条件

    千次阅读 2020-07-27 18:01:05
    操作系统死锁 四个必要条件 操作系统中有若干进程并发执行,它们不断申请、使用、释放系统资源,虽然系统的进 程协调、通信机构会对它们进行控制,但也可能出现若干进程都相互等待对方释放资源才能 继续运行,否则就...

    操作系统死锁 四个必要条件

    1. 死锁:如果一组进程中的每一个进程都在等待仅由该组进程中的其它进程才能引发的事件,那么该组进程是死锁的。

    2. 产生死锁的原因:

    (1)竞争不可抢占性资源。

    (2)竞争可消耗资源。

    当系统中供多个进程共享的资源如打印机,公用队列等,其数目不足以满足诸进程的需要时,会引起诸进程对资源的竞争而产生死锁。
    

    (3)进程推进顺序不当。

     进程在运行过程中,请求和释放资源的顺序不当,也同样会导致产生进程死锁。
    

    如果系统资源充足,进程的资源请求都能够得到满足,死锁出现的可能性就很低,否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁。其次,进程运行推进顺序与速度不同,也可能产生死锁。

      一个线程也可引起死锁。
    

    3. 产生死锁的四个必要条件:

    (1) 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。

    (2) 请求和保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。

    (3) 不可抢占条件:进程已获得的资源,在末使用完之前,不能强行剥夺,只能在进程使用完时由自己释放。

    (4) 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

    这四个条件是死锁的必要条件,只要系统发生死锁,这些条件必然成立,而只要上述条件之一不满足,就不会发生死锁。因此可以写下如下的预防死锁的方法。

    4.避免死锁的方法:

    (1)破坏“互斥”条件:就是在系统里取消互斥。若资源不被一个进程独占使用,那么死锁是肯定不会发生的。但一般“互斥”条件是无法破坏的。因此,在死锁预防里主要是破坏其他三个必要条件,而不去涉及破坏“互斥”条件。

    (2)破坏“请求和保持”条件:在系统中不允许进程在已获得某种资源的情况下,申请其他资源。即要想出一个办法,阻止进程在持有资源的同时申请其他资源。

    方法一:所有进程在运行之前,必须一次性地申请在整个运行过程中所需的全部资源。这样,该进程在整个运行期间,便不会再提出资源请求,从而破坏了“请求”条件。系统在分配资源时,只要有一种资源不能满足进程的要求,即使其它所需的各资源都空闲也不分配给该进程,而让该进程等待。由于该进程在等待期间未占有任何资源,于是破坏了“保持”条件。

    该方法优点:简单、易行且安全。

    缺点:

    1. 资源被严重浪费,严重恶化了资源的利用率。

    2. 使进程经常会发生饥饿现象。

    方法二:要求每个进程提出新的资源申请前,释放它所占有的资源。这样,一个进程在需要资源S时,须先把它先前占有的资源R释放掉,然后才能提出对S的申请,即使它可能很快又要用到资源R。

    (3)破坏“不可抢占”条件:允许对资源实行抢夺。
    方法一:如果占有某些资源的一个进程进行进一步资源请求被拒绝,则该进程必须释放它最初占有的资源,如果有必要,可再次请求这些资源和另外的资源。
    方法二:如果一个进程请求当前被另一个进程占有的一个资源,则操作系统可以抢占另一个进程,要求它释放资源。只有在任意两个进程的优先级都不相同的条件下,该方法才能预防死锁。

    (4)破坏“循环等待”条件:将系统中的所有资源统一编号,进程可在任何时刻提出资源申请,但所有申请必须按照资源的编号顺序(升序)提出。这样做就能保证系统不出现死锁。

    利用银行家算法避免死锁:

    银行家算法:

    设进程i提出请求Request[j],则银行家算法按如下规则进行判断。

    (1) 如果Request[j]≤Need[i,j],则转向(2),否则认为出错,因为它所需要的资源数已超过它所宣布的最大值。

    (2) 如果Request[j]≤Available[j],则转向(3);否则表示尚无足够资源,Pi需等待。

    (3) 假设进程i的申请已获批准,于是修改系统状态:

    Available[j]=Available[j]-Request[i]

    Allocation[i,j]=Allocation[i,j]+Request[j]

    Need[i,j]=Need[i,j]-Request[j]

    (4)系统执行安全性检查,如安全,则分配成立;否则试探险性分配作废,系统恢复原状,进程等待。

    安全性算法:

    (1) 设置两个工作向量Work=Available;Finish[i]=False

    (2) 从进程集合中找到一个满足下述条件的进程,

     Finish [i]=False;
    
     Need[i,j]≤Work[j];
    
     如找到,执行(3);否则,执行(4)
    

    (3) 设进程获得资源,可顺利执行,直至完成,从而释放资源。

    Work[j]=Work[j]+Allocation[i,j];
    
    Finish[i]=True;
    
    Go to step 2;
    

    (4) 如所有的进程Finish[i]=true,则表示安全;否则系统不安全。

    5. 死锁的解除:

    一旦检测出死锁,就应立即釆取相应的措施,以解除死锁。死锁解除的主要两种方法:

    1. 抢占资源。从一个或多个进程中抢占足够数量的资源,分配给死锁进程,以解除死锁状态。

    2. 终止(或撤销)进程。终止(或撤销)系统中的一个或多个死锁进程,直至打破循环环路,使系统从死锁状态解脱出来。

    总结:

      一般情况下,如果同一个线程先后两次调用lock,在第二次调用时,由于锁已经被占用,该线程会挂起等待别的线程释放锁,然而锁正是被自己占用着的,该线程又被挂起而没有机会释放锁,因此就永远处于挂起等待状态了,这叫做死锁(Deadlock)。另⼀一种典型的死锁情形是这样:线程A获得了锁1,线程B获得了锁2,这时线程A调⽤用lock试图获得锁2,结果是需要挂起等待线程B释放锁2,而这时线程B也调⽤用lock试图获得锁1,结果是需要挂起等待线程A释放锁1,于是线程A和B都永远处于挂起状态了。

    注意:

      写程序时应该尽量避免同时获得多个锁,如果一定有必要这么做,则有一个原则:如果所有线程在需要多个锁时都按相同的先后顺

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  • 产生死锁四个必要条件: 1. 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。 2. 请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。 3. 不剥夺条件:进程已获得的资源,在末使用完之前,不能强行...
    产生死锁的四个必要条件:
    1. 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。
    2. 请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。
    3. 不剥夺条件:进程已获得的资源,在末使用完之前,不能强行剥夺。
    4. 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

    转载于:https://www.cnblogs.com/Draymonder/p/10816461.html

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  • 解决死锁的方法 1. 死锁预防: ...死锁产生四个必要条件 互斥使用(资源独占) 一个资源每次只能给一个进程使用 占有且等待(请求和保持,部分分配) 进程在申请新的资源的同时保持对原有资源的占有 不可抢占(...

    参考资料:https://www.bilibili.com/video/BV19E411k7Ni?p=78 北京大学《操作系统原理》

    解决死锁的方法

    1. 死锁预防:

    2. 死锁避免

    3. 死锁检测与解除


    (-)死锁预防

    死锁产生四个必要条件

    1. 互斥使用(资源独占) 一个资源每次只能给一个进程使用
    2. 占有且等待(请求和保持,部分分配) 进程在申请新的资源的同时保持对原有资源的占有
    3. 不可抢占(不可剥夺) 资源申请者不能强行的从资源占有者手中夺取资源, 资源只能由占有者自愿释放
    4. 循环等待 存在一个进程等待队列 {P1, P2, … , Pn}, 其中P1等待P2占有的资源,P2等待P3占有的资源,…Pn等待P1占有的资源,形成一个进程等待环路

    破坏"互斥使用/资源独占条件"

    1. 资源转换技术:把独占资源变为共享资源
    2. SPOOLing技术的引入 解决不允许任何进程直接占有打印机的问题 设计一个“守护进程/线程”负责管理打印机,
      进程需要打印时,将请求发给该daemon,由它完成 打印任务

    破坏“占有且等待”条件

    1. 实现方案1:要求每个进程在运行前必须一次性 申请它所要求的所有资源,且仅当该进程所要资 源均可满足时才给予一次性分配
      问题:资源利用率低;“饥饿”现象
      说明:线程模拟进程

    模拟方案1:

    package com.shen.face.lock;
    
    /**
     * @author smx
     * @date 2020/4/8 21:05
     **/
    public class DeadLock {
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            Share share = new DeadLock.Share(true);
            new Thread(share).start();
            Thread.sleep(100);
            share.setLockfun(false);
            new Thread(share).start();
    
        }
        
        private static class Share implements Runnable {
            private static Object lockA = new Object();
            private static Object lockB = new Object();
            private volatile boolean lockfun;
            public Share(boolean lockfun) {
                this.lockfun = lockfun;
            }
    
            public void setLockfun(boolean lockfun) {
                this.lockfun = lockfun;
            }
    
            @Override
            public void run() {
    
                try {
                    if (lockfun) {
                        lockA();
                    } else {
                        lockB();
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
            }
    	
    	 	//重点:方法上加 synchronized目的是保证每个线程一次性获取所有资源 ,不加synchronized会发生死锁现象
            public  synchronized void lockA() throws InterruptedException {
                synchronized (lockA) {
                    Thread.sleep(3000);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":进入lockA ...持有lockA锁");
                    synchronized (lockB) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":进入lockB ...持有lockB锁");
                    }
                }
            }
    
    
    	//重点:方法上加 synchronized目的是保证每个线程一次性获取所有资源,不加synchronized会发生死锁现象
            public  synchronized void lockB() throws InterruptedException {
                synchronized (lockB) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":进入lockB ...持有lockB锁");
                    synchronized (lockA) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":进入lockA ...持有lockA锁");
                    }
                }
            }
        }
    
    }
    
    1. 实现方案2:在允许进程动态申请资源前提下规 定,一个进程在申请新的资源不能立即得到满足 而变为等待状态之前,必须释放已占有的全部资
      源,若需要再重新申请

    模拟方案2:

    @Slf4j
    public class PreventDeadLockReentranlock {
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            Share share = new PreventDeadLockReentranlock.Share();
            new Thread(share::lockA).start();
            new Thread(share::lockB).start();
    
        }
    
    
        private static class Share {
    
            ReentrantLock lockA = new ReentrantLock();
            ReentrantLock lockB = new ReentrantLock();
    
    
            public Share() {
    
            }
    
            public void lockA() {
                while (true) {
                    lockA.lock();
                    log.info("进入lockA ...持有lockA锁");
    
                    if (!lockB.tryLock()) {
                        log.info("等待B锁");
                        lockA.unlock();
                        mysleep(1);
                        continue;
                    }
    
    
                    log.info("进入lockB ...持有lockB锁");
                    lockB.unlock();
                    lockA.unlock();
                    break;
                }
    
    
            }
    
    
            public void lockB() {
                while (true) {
                    lockB.lock();
                    log.info(":进入lockB ...持有lockB锁");
                    if (!lockA.tryLock()) {
                        log.info("等待A锁");
                        lockB.unlock();
                        mysleep(1);
                        continue;
                    }
    
                    log.info(":进入lockA ...持有lockA锁");
                    lockA.unlock();
                    lockB.unlock();
                    break;
                }
    
            }
        }
    
        public static void mysleep(int num) {
            try {
                Thread.sleep(1 * num);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    }
    
    

    破坏“不可抢占”条件

    1. 实现方案:
      当一个进程申请的资源被其他进程占用时,可以
      通过操作系统抢占这一资源(两个进程优先级不同)
      局限性:适用于状态易于保存和恢复的资源
      CPU、内存

    破坏“循环等待”条件

    1. 通过定义资源类型的线性顺序实现
    2. 实施方案:资源有序分配法 把系统中所有资源编号,进程在申请资源时必 须严格按资源编号的递增次序进行,否则操作系统 不予分配

    循环等待场景:
    在这里插入图片描述
    模拟死锁现象:

    package com.shen.face.lock;
    
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    /**
     * @author smx
     * @date 2020/4/8 21:05
     **/
    public class PreventDeadLockReentranlockLoopWait {
    
        private static final ReentrantLock ROUTE_A = new ReentrantLock();
        private static final ReentrantLock ROUTE_B = new ReentrantLock();
        private static final ReentrantLock ROUTE_C = new ReentrantLock();
        private static final ReentrantLock ROUTE_D = new ReentrantLock();
    
    
    
        public static void routeC_D() {
            ROUTE_C.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+"持有C准备获取D");
            mysleep(1);
            ROUTE_D.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+"持有C获取到D");
            ROUTE_D.unlock();
            ROUTE_C.unlock();
        }
    
        public static void routeB_C() {
    
    
            ROUTE_B.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+"持有B准备获取C");
            mysleep(1);
            ROUTE_C.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+"持有B获取到C");
            ROUTE_C.unlock();
            ROUTE_B.unlock();
    
        }
    
        public static void routeD_A() {
    
            ROUTE_D.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+"持有D准备获取A");
            mysleep(1);
            ROUTE_A.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+"持有D获取到A");
    
            ROUTE_A.unlock();
            ROUTE_D.unlock();
        }
    
        public static void routeA_B() {
    
            ROUTE_A.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+"持有A准备获取B");
            mysleep(1);
            ROUTE_B.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+"持有A获取到B");
    
            ROUTE_B.unlock();
            ROUTE_A.unlock();
        }
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
            new Thread(() -> routeB_C(), "car_2").start();
            new Thread(() -> routeC_D(), "car_1").start();
            new Thread(() -> routeA_B(), "car_4").start();
            new Thread(() -> routeD_A(), "car_3").start();
    
        }
    
        public static  void  mysleep(int num)
        {
            try {
                Thread.sleep(1000*num);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    
    }
    

    模拟解决办法:

    package com.shen.face.lock;
    import java.util.Map;
    import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    /**
     * @author smx
     * @date 2020/4/8 21:05
     **/
    public class PreventDeadLockReentranlockLoopBreakWait {
    
        private static final ReentrantLock ROUTE_A = new ReentrantLock();
        private static final ReentrantLock ROUTE_B = new ReentrantLock();
        private static final ReentrantLock ROUTE_C = new ReentrantLock();
        private static final ReentrantLock ROUTE_D = new ReentrantLock();
        private static final Map<Integer, ReentrantLock> map = new ConcurrentHashMap<>();
    
        static {
            map.put(1, ROUTE_A);
            map.put(2, ROUTE_B);
            map.put(3, ROUTE_C);
            map.put(4, ROUTE_D);
        }
    
    
        public static void routeC_D() {
    
            while (true) {
    
                ReentrantLock rlock_c = map.remove(3);
                ReentrantLock rlock_d = map.remove(4);
    
                if (rlock_c == null || rlock_d == null) {
                    if (rlock_c != null) {
                        map.put(3, rlock_c);
                    }
    
                    if (rlock_d != null) {
                        map.put(4, rlock_d);
                    }
                    continue;
                }
    
    
                rlock_c.lock();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "持有C准备获取D");
                mysleep(1);
                rlock_d.lock();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "持有C获取到D");
                rlock_c.unlock();
                rlock_d.unlock();
    
                map.put(3, rlock_c);
                map.put(4, rlock_d);
                break;
            }
    
    
        }
    
        public static void routeB_C() {
    
            while (true) {
    
                ReentrantLock rlock_b = map.remove(2);
                ReentrantLock rlock_c = map.remove(3);
    
                if (rlock_c == null || rlock_b == null) {
                    if (rlock_c != null) {
                        map.put(3, rlock_c);
                    }
    
                    if (rlock_b != null) {
                        map.put(2, rlock_b);
                    }
                    continue;
                }
    
    
                rlock_b.lock();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "持有B准备获取C");
                mysleep(1);
                rlock_c.lock();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "持有B获取到C");
                rlock_c.unlock();
                rlock_b.unlock();
    
                map.put(2, rlock_b);
                map.put(3, rlock_c);
                break;
            }
    
    
        }
    
        public static void routeD_A() {
    
            while (true) {
                ReentrantLock rlock_d = map.remove(4);
                ReentrantLock rlock_a = map.remove(1);
    
                if (rlock_d == null || rlock_a == null) {
                    if (rlock_d != null) {
                        map.put(4, rlock_d);
                    }
    
                    if (rlock_a != null) {
                        map.put(1, rlock_a);
                    }
                    continue;
                }
    
                rlock_d.lock();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "持有D准备获取A");
                mysleep(1);
                rlock_a.lock();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "持有D获取到A");
    
                rlock_d.unlock();
                rlock_a.unlock();
    
                map.put(4, rlock_d);
                map.put(1, rlock_a);
                break;
            }
    
        }
    
        public static void routeA_B() {
    
            while (true) {
                ReentrantLock rlock_a = map.remove(1);
                ReentrantLock rlock_b = map.remove(2);
    
    
                if (rlock_a == null || rlock_b == null) {
                    if (rlock_a != null) {
                        map.put(1, rlock_a);
                    }
    
                    if (rlock_b != null) {
                        map.put(2, rlock_b);
                    }
                    continue;
                }
    
                rlock_a.lock();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "持有A准备获取B");
                mysleep(1);
                rlock_b.lock();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "持有A获取到B");
    
                rlock_b.unlock();
                rlock_a.unlock();
    
                map.put(2, rlock_b);
                map.put(1, rlock_a);
                break;
            }
    
        }
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
            //线程栈空间隔离保证了线程安全
            new Thread(() -> routeB_C(), "car_2").start();
            new Thread(() -> routeC_D(), "car_1").start();
            new Thread(() -> routeA_B(), "car_4").start();
            new Thread(() -> routeD_A(), "car_3").start();
    
        }
    
        public static void mysleep(int num) {
            try {
                Thread.sleep(100 * num);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    
    }
    
    
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  • 死锁: 我们先来思考一问题:我们加锁以后,再次进行加锁,这样会发生什么? 当我们第二次申请锁的时候,这时候锁已经被占用了,该线程就会被挂起,但是刚好这线程就是拥有锁...2.死锁产生的必要条件: (1) 互

    死锁:

    我们先来思考一个问题:我们加锁以后,再次进行加锁,这样会发生什么?

    当我们第二次申请锁的时候,这个时候锁已经被占用了,该线程就会被挂起,但是刚好这个线程就是拥有锁的线程了,那么这个线程就永远挂起等待了,这个我们就叫死锁。


    1.死锁发生的情形:

    (1)一个线程两次申请锁。

    (2)两个线程互相申请对方的锁,但是对方都不释放锁。


    2.死锁产生的必要条件:

    (1) 互斥:一次只有一个进程可以使用一个资源。其他进程不能访问已分配给其他进程的资源。

    (2)占有且等待:当一个进程在等待分配得到其他资源时,其继续占有已分配得到的资源。

    (3)非抢占:不能强行抢占进程中已占有的资源。

    (4)循环等待:存在一个封闭的进程链,使得每个资源至少占有此链中下一个进程所需要的一个资源。


    3.处理死锁的四种方法:

    (1)死锁预防:通过确保死锁的一个必要条件不会满足,保证不会发生死锁

    (2)死锁检测:允许死锁的发生,但是可以通过系统设置的检测结构及时的检测出死锁的发生,采取一些措施,将死锁清除掉

    (3)死锁避免:在资源分配过程中,使用某种方法避免系统进入不安全的状态,从而避免发生死锁

    (4)死锁解除:与死锁检测相配套的一种措施。当检测到系统中已发生死锁,需将进程从死锁状态中解脱出来。

    常用方法:撤销或挂起一些进程,以便回收一些资源,再将这些资源分配给已处于阻塞状态的进程。


    4.处理死锁的具体细节:

    一、死锁预防:破坏死锁的四个条件中的一个或几个

    (1)互斥:它是设备的固有属性所决定的,不仅不能改变,还应该加以保证。
    (2)占有且等待:为预防占有且等待条件,可以要求进程一次性的请求所有需要的资源,并且阻塞这个进程直到所有请求都同时满足。这个方法比较低效。
    (3)不可抢占:预防这个条件的方法:
    *如果占有某些资源的一个进程进行进一步资源请求时被拒绝,则该进程必须释放它最初占有的资源。
    *如果一个进程请求当前被另一个进程占有的一个资源,则操作系统可以抢占另外一个进程,要求它释放资源。
    (4)循环等待:通过定义资源类型的线性顺序来预防。
    *如果一个进程已经分配了R类资源,那么接下来请求的资源只能是那些排在R类型之后的资源类型。该方法比较低效。

    二、死锁避免:

    两种死锁避免算法:

    *进程启动拒绝:如果一个进程的请求会导致死锁,则不启动该进程。
    *资源分配拒绝:如果一个进程增加的资源请求会导致死锁,则不允许此分配(银行家算法)。 

    银行家算法:
    1.如果request<=need,转向步骤2;否则认为出错,因为请求资源大于需要资源。
    2.如果request<=available,转向步骤3,;否则尚无足够资源,进程p阻塞;
    3.系统尝试为把资源分配给进程P,并修改available、allocation和need的数值。
    4.系统执行安全性算法,检查此次分配后系统是否处于安全状态,若安全,才正式将资源分配给进程P,否则将本次试探性分配作废,让进程P等待。
    *安全状态:系统能按照某种进程顺序,为每个进程分配资源,直至满足每个进程对资源的最大需求,使每个进程都可顺利完成。


    三、死锁检测

    一个简单的死锁检测算法:
    每个进程、每个资源制定唯一编号      设定一张资源分配表,记录各进程与占用资源之间的关系      设置一张进程等待表,记录各进程与要申请资源之间的关系

    •  资源分配表

    资源 进程
    r1 p2
    r2 p5
    r3 p4
    r4 p1
    .. ..

     进程等待表

    资源 进程
    p1 r1
    p2 r3
    p4 r4
    .. ..


    分析: 
    p1-r1-p2-r3-p4-r4-p1 出现环路引起死锁


    (四)、死锁的解除:

    *两种常用的死锁解除方法:

    1) 资源剥夺法。挂起某些死锁进程,并抢占它的资源,将这些资源分配给其他的死锁进程。但应防止被挂起的进程长时间得不到资源,而处于资源匮乏的状态。
    2) 撤销进程法。强制撤销部分、甚至全部死锁进程并剥夺这些进程的资源。撤销的原则可以按进程优先级和撤销进程代价的高低进行。



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空空如也

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死锁的四个必要条件