一、資源
把需要排他性使用的對象稱為資源。資源可以是硬件也可以是軟件，比如打印機或者數據庫中的一個加鎖記錄。
資源可以分為兩類：可搶占資源和不可搶占資源。
可搶占資源：可以從擁有它的進程中搶占而不產生副作用。
不可搶占資源：不引起相關的計算失敗的情況下，無法把它從占有它的進程處搶占過來。
搶占這個詞，在進程和線程調度時就提到了這個概念，那時是進程或者線程可以搶占CPU，即搶占式調度。存儲器也可以搶占，如內存換頁。
一般來說，可搶占資源不會引起死鎖，可以在進程間重新分配資源而得到解決。
二、死鎖
死鎖的概念：如果一個進程集合中，每個進程都在等待只能由該集合中其他進程才能引發的事件，那么該進程集合就是死鎖的。
死鎖並不僅僅發生在資源上，資源死鎖只是一種。
資源死鎖的四個必要條件：
（1）互斥條件。每個資源要么已經分配給了一個進程，要么就是可用的。
（2）占有和等待條件。已經得到了某個資源的進程可以再請求新的資源。
（3）不可搶占條件。已經分配給一個進程的資源不能被搶占，只能由占有它的進程顯式地釋放。
（4）環路等待條件。死鎖發生時，系統中一定有由兩個或以上的進程組成的一條環路，該環路中的每個進程都在等待着下一個進程所占有的資源。
可以用一個有向圖來表示資源分配的情況。用圓形節點表示進程，方形表示資源。從資源節點到進程節點的有向邊表示該資源被請求、並被進程占用。由進程到資源節點的有向邊表示進程正在請求該資源，並且因為請求資源而導致進程被阻塞，處於等待該資源的狀態。
這樣，根據環路等待條件，一旦在某個時候有向圖中出現了兩個或兩個以上進程組成的環路，就會導致死鎖的發生。
下圖是《現代操作系統》中的一個例子：
現在有三個進程A、B、C，它們需要R、S、T三個資源中的其中兩個，具體參見圖上方的信息。操作系統可以選取任意一個就緒的進程執行。
我們可以看到，在第一種執行順序中，每個進程都占有了一個資源，從而在請求第二個資源的時候，每個進程都進入了阻塞態，最后沒有進程可以執行。同時注意到，資源圖確實構成了環路。
在第二種執行順序中，進程A率先獲取了所有它需要的資源R和S，盡管C因為請求資源R而進入了阻塞態，但是A使用完資源后，釋放了R和S，最終C可以繼續執行下去，沒有構成死鎖。
處理死鎖的策略：
（1）忽略該問題。一般稱為鴕鳥算法，即躲起來視而不見。
（2）檢測死鎖並恢復。讓死鎖發生，檢測它們是否發生，一旦發生死鎖，就采取行動解決問題。
（3）仔細對資源進行分配，動態地避免死鎖。也稱為死鎖避免。
（4）通過破壞引起死鎖的四個必要條件，防止死鎖的發生。也稱為死鎖預防。
三、死鎖檢測和恢復
采用這種辦法的時候，系統並沒有試圖阻止死鎖的發生，而是允許死鎖發生，檢測到死鎖后，采取措施進行恢復。
檢測：我們知道，死鎖的一個必要條件是存在兩個及以上進程組成的環路。通過檢測有向圖環路，是一種檢測死鎖存在的方法。
當每種類型存在多個資源時，檢測可能會復雜許多。
恢復的方法：
（1）利用搶占恢復。死鎖發生的必要條件，其中一個就是不可搶占。如果允許搶占，那么就可以破壞死鎖條件。
（2）利用回滾：周期性對進程進行檢查點檢查，一旦發現了死鎖，就回滾到一個較早的檢查點上。
（3）通過殺死進程：這個方法是最顯而易見的。殺死一個進程可以釋放它占有的資源，如果仍然不行那么久繼續殺死其他進程直到打破死鎖。
四、死鎖避免
1、資源軌跡圖
如果直到了進程在各個階段需要哪些資源，那么可以在圖中進程標注。兩個進程的交疊區域就是一個會造成死鎖的區域。進程在圖中只能向右或者向上前進，一旦進入了危險區，那么就可能發生死鎖。為了避免死鎖，應當在合適的時間阻塞某個進程，使得運行避開這個區域。
2、銀行家算法
在介紹銀行家算法之前，先引入一個安全狀態與不安全狀態的概念。
如果沒有死鎖發生，並且即使所有的進程突然請求對資源的最大需求，也仍然存在某種調度次序，能使得每個進程運行完畢，則稱該狀態是安全的。
該圖中，a狀態下是安全的，因為按照b-e的順序，整個過程能完成而不會產生死鎖。只要系統仔細進行調度，就能夠避免死鎖。
該圖中，a狀態是安全的，但是b中把資源先分配給了A進程1個，導致后面可能會出現。注意，不安全狀態並不一定是死鎖，b中的狀態，依然可以運行一段時間，B進程甚至可以運行完成，直到沒有空閑資源才會發生死鎖。如果A能主動釋放資源，可能也不會出現死鎖。
安全狀態與不安全狀態的區別是，從安全狀態出發，系統能夠保證所有的進程都能完成；而從不安全狀態出發，沒有這樣的保證。
單個資源的銀行家算法：對每一個請求進行檢查，檢查如果滿足了這一需求是否會達到安全狀態。如果能，那么滿足該需求；如果不能，就推遲對這一請求的滿足。
例如，上面圖中，銀行家可以只滿足B客戶的需求，拖延其他客戶的需求，因而可以讓B先完成，然后釋放B的4個資源。有了這4個資源，就可以給B或者D分配所需要的資源。
不安全狀態不一定產生死鎖，不過如果一旦一個進程需要最大資源，就會導致死鎖，銀行家算法避免這種風險。
銀行家算法可以推廣到多個資源的情況，此時可以寫成矩陣的形式，每次判斷一行是否滿足，即一個進程的多個資源都進行檢查。
需要注意到，死鎖避免是非常困難的，無論是資源軌跡圖還是銀行家算法，都需要事先知道進程運行的過程中需要的最大資源數，這幾乎是不可能實現的！
五、死鎖預防
死鎖避免可以認為是在程序執行中動態地避免死鎖發生，而死鎖預防可以說是靜態的方式，杜絕死鎖發生的可能性。
只要能破壞死鎖發生的四個必要條件之一，那么死鎖就不會發生。
1、破壞互斥條件
盡量使得資源不被某個進程獨占。比如打印機的假脫機打印，就是盡量避免一個進程獨占打印機，而是把要打印的文件存入一個假脫機目錄，然后通過一個守護進程管理打印機進行打印。
2、破壞占有和等待條件
禁止已經持有資源的進程再等待其他資源。
一種方式是，在進程開始執行前請求所需的全部資源，如果不能滿足，那么就不分配資源，進行等待。這種方式的問題在於，類似銀行家算法，事先不知道需要多少資源，而且資源利用率不高。
另一種方式就是，當一個進程請求資源時，先暫時釋放其當前所占用的所有資源，然后再嘗試一次獲取所需的全部資源。
3、破壞不可搶占條件
這個比較好理解，允許資源搶占即可。當然，有的時候資源應當是不可搶占的。
4、破壞環路等待條件
一種方法是對資源進行編號，進程在任何時候都可以請求資源，但是所有的請求必須按照資源編號的順序（升序）提出。
六、其他問題
1、兩階段加鎖
這是針對數據庫的一種方法，第一階段對所有需要更新的記錄進行加鎖，一旦某個記錄已經被加鎖，就釋放之前的鎖，從頭進行重試。只有當第一階段所有獲取鎖的行為都成功，才進行第二階段的更新，否則放棄所有的鎖。
2、通信死鎖
這種情況其實是很常見的。當一個進程A向B發送信息后掛起，需要B進程的回復喚醒時，如果請求信息丟失，A就會被阻塞以等待回復，B會阻塞等待一個向其發送命令的請求，因而發生死鎖。
通信死鎖不涉及資源，不能通過合理調度資源來避免。一般通信協議會解決這種問題，包括超時重傳等技術。
3、活鎖
輪詢（忙等待）的方式，在有時是有效的，因為掛起進程等待的開銷很大。考慮如下程序：
enter_region()通過輪詢獲取資源，假設A獲得了資源1，B獲得了資源2，那么兩個進程都不會阻塞，而是不停地進行輪詢以獲取資源。兩個進程總是運行完系統分配的時間片，沒有阻塞但是不會取得進展。
4、飢餓
飢餓的概念，其實與死鎖和活鎖差別比較大。考慮進程調度，基於優先級的調度中，如果總是有高優先級的進程就緒，那么一個低優先級的進程可能長時間無法上CPU運行。這就是飢餓現象，可以考慮通過動態優先級機制，可以動態提高長時間得不到運行的進程的優先級，從而使它可以運行。