题目介绍

该题目是2019年的门(GATE)计算机科学考试的第28题，属于操作系统和进程管理方面的题目。该题目中要求分析一个已经实现了调度算法的操作系统内核，找出其中可能会出现的死锁(deadlock)情况。

题目内容

该操作系统内核中已经实现了Round Robin调度算法来进行进程管理。每个进程拥有对资源的请求，但是在请求时如果资源被其他进程拥有，则请求的进程会被阻塞(blocked)，只有在该资源被释放后才能重新运行。以下为该操作系统内核中的代码片段：

void os_schedule() {
  while (true) {
    if (waiting_processes.empty() && running_process == nullptr) {
      // no processes to run
      break;
    } else if (waiting_processes.empty() && running_process != nullptr) {
      // one process running
      os_sleep(1);
      running_process->time_remaining--;
      if (running_process->time_remaining == 0) {
        running_process = nullptr;
      }
    } else if (!waiting_processes.empty() && running_process == nullptr) {
      // to start first process in queue
      running_process = waiting_processes.front();
      waiting_processes.pop();
      running_process->state = RUNNING;
    } else if (!waiting_processes.empty() && running_process != nullptr) {
      // another process waiting
      os_sleep(1);
      running_process->time_remaining--;
      if (running_process->time_remaining == 0) {
        running_process = nullptr;
        continue;
      }
      if (running_process->resource) {
        if (!running_process->resource->available) {
          running_process->state = BLOCKED;
          blocked_processes.push_back(running_process);
          running_process = waiting_processes.front();
          waiting_processes.pop();
          running_process->state = RUNNING;
        } else {
          running_process->resource->available = false;
        }
      }
    }
  }
}

解题思路

该程序中的关键代码是以下部分：

if (running_process->resource) {
  if (!running_process->resource->available) {
    running_process->state = BLOCKED;
    blocked_processes.push_back(running_process);
    running_process = waiting_processes.front();
    waiting_processes.pop();
    running_process->state = RUNNING;
  } else {
    running_process->resource->available = false;
  }
}

我们可以看到，在该代码中，如果当前进程正在使用某个资源，而该资源已经被其他进程占用，那么当前进程会被阻塞，并且放入阻塞队列中，然后选择下一个等待队列中的进程来继续执行。这样会导致可能的死锁情况。

举个例子，假设有两个进程P1和P2，分别请求两个资源R1和R2。初始情况下，都没拥有任何资源，P1请求R1资源，P2请求R2资源。假设现在P1获得了R1资源，但是P2请求R1资源，此时P1和P2会进入阻塞状态，此时若没有其他资源释放，这两个进程就会相互等待，最终陷入死锁。

因此，我们需要在进程请求资源时，进行资源状况的判断和处理，避免死锁的发生。一种常见的方式是使用银行家算法进行资源分配。如果某个进程无法分配所需的资源，则应该将该进程置于阻塞状态，而不是选择下一个等待队列中的进程。

解题总结

死锁是操作系统中一个常见的问题，需要通过良好的资源分配和调度算法来避免。在本题中，我们可以看到通过对资源的处理和阻塞队列中进程的处理，可以有效地避免死锁的问题。这也为我们提供了在实际中避免死锁问题的思路。