死锁的四个必要条件

1. 死锁产生的四个必要条件

这四个条件是考研的必考点，要求能准确默写、理解，并能结合实例进行分析。

1.1 条件定义与阐述

互斥条件 (Mutual Exclusion)
- 含义: 进程所申请的资源是独占的、排他性的，即一个资源在任意时刻只能被一个进程所使用。
- 解释: 这个条件是很多资源的固有属性，比如打印机、物理内存区域等。如果资源本身就是可共享的（如只读文件），那么该资源本身就不会引发死锁。这个条件通常是无法破坏的。
请求与保持条件 (Hold and Wait)
- 含义: 进程在已经保持了至少一个资源的情况下，又提出了新的资源请求，但该资源已被其他进程占用，此时请求进程被阻塞，但它在等待新资源时并不会释放自己已经保持的资源。
- 解释: 这是资源分配策略上的问题。“拿着碗里的，还看着锅里的”。
不可剥夺条件 (No Preemption)
- 含义: 进程已获得的资源，在未使用完毕之前，不能被其他进程强行剥夺，只能由获得该资源的进程自己主动释放。
- 解释: 这保证了进程对已分配资源的控制权，但同时也增加了死锁的风险。
循环等待条件 (Circular Wait)
- 含义: 存在一个进程-资源的循环等待链，即存在一个进程集合 {P_0, P_1, ..., P_n}，其中 P_0 正在等待 P_1 所占用的资源，P_1 正在等待 P_2 所占用的资源，...，P_n 正在等待 P_0 所占用的资源。
- 解释: 这是死锁状态的直接体现，形成了一个“你等我、我等你”的闭环。可以用“资源分配图”清晰地展示出来，如果图中出现了环路，则可能存在死锁（如果每类资源只有一个实例，则必为死锁）。

1.2 实例说明

我们用一个非常经典的例子来说明这四个条件是如何同时出现的。

场景: 系统中有两个进程 P1、P2，以及两个互斥资源 R1（打印机）、R2（扫描仪）。

执行时序:

时刻 t1: P1 成功申请到资源 R1（打印机）。
时刻 t2: P2 成功申请到资源 R2（扫描仪）。
时刻 t3: P1 在保持 R1 的同时，又去申请 R2。但 R2 已被 P2 占用，因此 P1 进入阻塞等待状态。
时刻 t4: P2 在保持 R2 的同时，又去申请 R1。但 R1 已被 P1 占用，因此 P2 也进入阻塞等待状态。

此刻，系统进入死锁状态。我们来分析四个条件是否满足:

满足互斥条件: 打印机 R1 和扫描仪 R2 都是独占设备，一次只能给一个进程使用。
满足请求与保持条件: P1 保持着 R1 去请求 R2；P2 保持着 R2 去请求 R1。
满足不可剥夺条件: 系统不能强行将 R1 从 P1 手中夺走分配给 P2，也不能将 R2 从 P2 手中夺走分配给 P1。
满足循环等待条件: P1 等待 P2 释放 R2，而 P2 同时在等待 P1 释放 R1，形成了 P1 -> R2 -> P2 -> R1 -> P1 的循环等待链。

由于四个条件同时满足，死锁发生。两个进程都将永远等待下去，无法推进。

2. 信号量与死锁的关系

这是一个非常经典的考点，也是一个极易产生误解的地方。

明确结论: 使用信号量机制并不能保证不出现死锁。恰恰相反，对信号量的不当使用是导致死锁的常见原因之一。

生产者接着执行 P(empty)。由于 empty.value 为0，生产者进程阻塞。关键点：此时它因为阻塞，无法执行后面的 V(mutex)，所以它仍然“保持”着 mutex 信号量。
此时轮到消费者执行，它想要消费一个产品。
消费者执行 P(full)，成功（因为缓冲区是满的），full.value 减1。
消费者接着执行 P(mutex)，试图进入临界区取出产品。但由于 mutex.value 已被生产者置为0，所以消费者进程阻塞。