申論題

作業系統中的死結（Deadlock）

定義： 死結（Deadlock）是指在多任務系統中，一組進程因相互等待而無法繼續執行的狀態。這些進程每個都在等待其他進程釋放它們需要的資源，導致系統無法繼續運行，進而進入僵持狀態。

死結的四個必要條件（Necessary Conditions）

死結的發生需要滿足以下四個必要條件，這些條件同時存在時，系統可能會進入死結狀態：

1. 互斥（Mutual Exclusion）

   • 定義：至少有一個資源處於非共享模式，即每個資源在同一時間只能被一個進程占用。
   • 例子：一個打印機一次只能被一個進程使用。

2. 資源佔有和等待（Hold and Wait）

   • 定義：至少有一個進程持有了一些資源，同時又在等待其他被別的進程持有的資源。
   • 例子：進程A持有資源1並等待資源2，而進程B持有資源2並等待資源1。

3. 不剝奪（No Preemption）

   • 定義：資源不能被強制剝奪；已分配的資源只能由占有它的進程主動釋放。
   • 例子：一個進程不能強制性地從另一個進程手中奪取資源，只能等待其釋放。

4. 循環等待（Circular Wait）

   • 定義：存在一組進程，每個進程都在等待另一個進程所持有的資源，形成一個閉合的環路。
   • 例子：進程A等待進程B的資源，進程B等待進程C的資源，進程C等待進程A的資源，形成一個循環等待。

死結的例子

假設有兩個進程P1和P2，以及兩個資源R1和R2，情況如下：

1. 互斥： 資源R1和R2都只能被一個進程占用。
2. 資源佔有和等待：
   • 進程P1持有資源R1，並且等待資源R2。
   • 進程P2持有資源R2，並且等待資源R1。
3. 不剝奪： 資源R1和R2不能被強制剝奪，只能由進程P1和P2自行釋放。
4. 循環等待：
   • 進程P1等待進程P2釋放資源R2。
   • 進程P2等待進程P1釋放資源R1。

在這種情況下，P1和P2都無法繼續執行，因為它們都在等待對方釋放資源，導致死結的發生。

總結

死結是一種在多任務系統中常見的問題，會導致一組進程無法繼續執行。死結的發生需要滿足以下四個必要條件：

1. 互斥（Mutual Exclusion）
2. 資源佔有和等待（Hold and Wait）
3. 不剝奪（No Preemption）
4. 循環等待（Circular Wait）

理解這些條件有助於設計和實現能夠避免或解決死結問題的系統。