死鎖，可以定義爲一組競爭系統資源或者相互通信的進程，相互的“永久性“”的阻塞，若無外力作用，這組進程將永遠沒有辦法繼續執行。很遺憾，目前這種問題沒有一種有效的通用解決方案。
這裏對於死鎖的定義理解要注意死鎖的對象——一組進程，相互競爭。如果是一個進程可能長期或者永久性得不到執行，那麼這個進程是處於飢餓狀態而不是死鎖。同時，飢餓 ≠死鎖！，飢餓現象只是死鎖的一種結果，就是說由於死鎖的出現，導致了死鎖的進程餓死。但是飢餓現象不是一定由於死鎖導致的。比如前面的一些調度算法，也可能造成飢餓，因爲有些程序可能永遠得不到執行，但是不意味着它就死鎖了。用句現在流行的話來說它僅僅是“自閉”了而已。
哲學家進餐問題
在講PV操作的時候，特意沒講這個經典的問題，目的就是讓學到這裏的時候，對死鎖再加深認識，直接舉例子不如分析例子來的好。
問題描述：這個問題由偉大的計算機科學家dijkstra提出並解決。有5個哲學家，他們的生活方式是，思考，進餐。他們圍繞着圓桌而坐，桌子上有5雙筷子和5碗米飯，平時哲學家進行思考，飢餓的時候他拿起左右兩邊的筷子（一根一根的拿起），試圖進餐，進餐完畢後又陷入思考。哲學家只有同時拿到筷子才能進食。如圖：
我們按照之前的模板分析：
- 臨界資源分析：顯然筷子是臨界資源，因爲它一次只允許一個哲學家使用。
- 交互關係分析：這裏有5個哲學家，也就是有5個一樣的進程，他們對筷子的訪問是互斥的。他們之間沒有一定的先後順序，畢竟不知道誰會先餓。
- 思路分析：哲學家能吃到飯的前提是，他手裏有兩根筷子，而拿到筷子的前提是，他左右兩邊的哲學家，恰好在思考。
- 信號量設置分析：這裏筷子是臨界資源，每個筷子都是一個臨界資源，對臨界資源的訪問要以互斥的形式訪問，所以要設置5個互斥信號量，信號量較多的情況下，我們用數組表示會方便很多，比如 chopsticks[5] = {1,1,1,1,1,}.因爲沒有同步關係，因此我們也不用設置其他的資源信號量。
僞代碼如下：
//哲學家進餐問題
semaphore chopsticks[5] = {1,1,1,1,1};//定義互斥信號量數組
void philosopher(int i){ //第i個哲學家進程
while (true){
P(chopsticks[i]);//申請左邊的筷子
P(chopsticks[(i + 1)%5]);//申請右邊的筷子
.......
..進餐. //拿到了左右兩根筷子後，進餐
.......
V(chopsticks[i]);//放下左邊的筷子
V(chopsticks[(i + 1)%5);//放下右邊的筷子
.......
..思考. //吃完飯思考
.......
}
}
上面的代碼，解決了兩個相鄰的哲學家不會同時進餐的問題，但是思考這樣一個問題。假設所有的哲學家同一時間都餓了呢？我們分析一下，進程同時執行下面的語句：
P(chopsticks[i]);申請左邊的筷子
那麼，現在所有的哲學家手裏都有一根筷子，右邊的筷子已經被別人拿走了，所以誰也沒有辦法進食，每個人都希望右邊的人能放下手中的筷子，陷入了無休止的等待當中，哲學家遲早被餓死。這就是死鎖現象。這樣的理解很是深刻。
那麼先就事論事，先解決這個問題再說：
提供一種思路，既然這樣全都得餓死，那不如就先讓一個人吃完，吃完後把筷子讓出來。也就是說，只有當哲學家兩邊的筷子都能用的時候，才允許它吃飯。那麼具體怎麼實現呢?其實不難，我們只要在某個哲學家拿筷子的時候，其他的哲學家都不能拿筷子，也就是說取筷子這個動作是互斥的。於是有了下面的改進代碼：
//哲學家進餐問題
semaphore chopsticks[5] = {1,1,1,1,1};//定義互斥信號量數組
semaphore mutex = 1;//設置使用筷子的互斥信號量
void philosopher(int i){ //第i個哲學家進程
while (true){
P(mutex);//申請使用筷子操作
P(chopsticks[i]);//申請左邊的筷子
P(chopsticks[(i + 1)%5]);//申請右邊的筷子
.......
..進餐. //拿到了左右兩根筷子後，進餐
.......
V(chopsticks[i]);//放下左邊的筷子
V(chopsticks[(i + 1)%5];//放下右邊的筷子
V(mutex);//筷子使用完畢，放回原位
.......
..思考.
.......
}
}
死鎖產生的原因
死鎖產生的原因主要有四個方面：資源不足，進程推進順序非法，資源的使用。
- 資源不足：通常系統中擁有的不可剝奪的資源，數量不足以滿足多個進程的需要，使得進程在運行過程中因爲競爭資源而導致競爭資源陷入僵局，導致死鎖。（比如競爭打印機，剛剛哲學家問題的筷子）
- 進程推進順序非法：進程中申請和釋放資源的順序安排不當（如將生產者消費者之間的PV操作的順序顛倒）。如果進程P不是同時需要兩個資源，先使用一個再申請一個，這樣就不會產生死鎖。
- 資源的使用。系統中的資源主要分兩大類：可重複資源，可消耗資源。
可重複資源包括：處理機，I/O通道，設備文件，以及數據庫等等，這種資源，進程得到後，再釋放，供其他進程再次使用。
可消耗資源包括：中斷，信號量，緩衝區。當一個進程使用該資源後，便不復存在。
就生產者消費者問題而言，按照順序先P（mutex）也是基於此考慮的。
解決死鎖的方法是：預防，檢測和避免。（這個很重要，常識）
死鎖的必要條件
- 互斥。一段時間內，某種資源只能由一個進程佔有，此時其他要求使用該資源的進程只能阻塞。
- 請求與保持。當進程已經佔有了至少一個進程，又提出新的資源要求，而該被請求的資源又被其他進程佔用，此時進程阻塞，但是對它持有的資源，保持不放。
- 不可剝奪。進程已經獲得資源，在它使用完畢前不能被剝奪，只能使用完畢後自己釋放。
- 環路條件。存在一個與資源的環形鏈，設鏈中的每個進程都在等待一個被佔用的資源。（就是哲學家問題中的，每個哲學家都手持一根筷子的情況）。
![在這裏插入圖片描述]()
一般情況下，前面三種情況都是合理的。進程間的互斥，是爲了保證再現性，請求與保持是正常的運行，對於一些資源，比如打印機，是不能剝奪使用的。
123是死鎖的必要條件，而4是123的潛在的結果。當前面的123某一種情況與4同時出現的時候，表明進程間發生了死鎖。
解決死鎖的方法是：預防，檢測和避免。（這個很重要，常識）
死鎖的預防
死鎖的預防可以從4個必要條件入手。
- 對於互斥，這是程序併發必不可少的一種機制，無法避免
- 對於請求與保持。出現問題的原因是因爲，運行過程中自己的資源不夠，而向外申請造成的。所以我們可以預先分配。即要求進程一次性請求完所有資源，若不能滿足，就阻塞這個進程。直到它所有的資源都滿足爲止。這就要求預知進程運行所需要的總資源數。
缺點：進程將會被延遲運行，資源被嚴重浪費。而且最重要的是，進程只有在運行的時候才知道需要哪些資源。 - 對於不可剝奪，最直接的方式就是剝奪阻塞進程的資源，但是代價太大，會導致進程無限期推遲運行。
- 對於環路，那麼破壞環路的條件。可以採用有序分配策略，
如果一個進程已經分配到了某種類型的資源，它接下來請求的資源，只能是那些排在這個資源之後的資源。（即按一定順序來申請資源）
死鎖的檢測
死鎖檢測算法主要是檢查系統中的進程是否有循環等待，將系統總的進程和資源的申請和分配描述成一幅有向圖，稱爲資源分配圖。通過檢查有向圖中是否有環來判斷死鎖的存在。
用方框代表資源，方框裏面的小圓圈代表的是資源數，P1，P2是進程。
從進程出的邊爲請求邊，從進程入的邊爲分配邊
那麼，採用拓撲排序的方式來判斷圖中是否有環。關於拓撲排序 看這個：數據結構——圖（9）——拓撲排序與DFS
死鎖定理：系統處於死鎖狀態等價於狀態S的資源分配圖是不可以被簡化的
死鎖的預防
銀行家算法（下篇詳細介紹）