看完这篇文章,你一定会理解死锁,避免死锁

2023年 9月 30日 30.3k 0

死锁

如果想要了解死锁,首先我们先看一个经典的例子。

哲学家进餐问题

哲学家就餐问题可以这样表述,假设有五位哲学家围坐在一张圆形餐桌旁,做以下两件事情之一:吃饭,或者思考。吃东西的时候,他们就停止思考,思考的时候也停止吃东西。而每个哲学家的左右两边仅有一根筷子,吃饭时,必须同时获得左右两只筷⼦才能吃饭(先获得左边,再获得右边)。
若五位哲学家同时饥饿⽽各⾃拿起了左边的筷⼦,这使五个信号量 chopstick 均为 0,当他们试图去拿起右边的筷⼦时,都将因⽆筷⼦⽽⽆限期地等待下去,即可能会引起死锁。

在这里插入图片描述

死锁,饥饿,死循环的区别

死锁、饥饿、死循环的区别
死锁:各进程互相等待对方手里的资源,导致各进程都阻塞,无法向前推进的现象。
饥饿:由于长期得不到想要的资源,某进程无法向前推进的现象。比如:在短进程优先(SPF)算法中,若有源源不断的短进程到来,则长进程将一直得不到处理机,从而发生长进程“饥饿”,甚至会导致长进程“饿死”。
死循环:某进程执行过程中一直跳不出某个循环的现象。有时是因为程序逻辑bug导致的,有时是程序员故意设计的。
共同点:都是进程无法顺利向前推进的现象(故意设计的死循环除外)

死锁产生的必要条件

产生死锁必须同时满足一下四个条件,只要其中任一条件不成立,死锁就不会发生。
互斥条件:只有对必须互斥使用的资源的争抢才会导致死锁(如哲学家的筷子、打印机设备)。像内存、扬声器这样可以同时让多个进程使用的资源是不会导致死锁的(因为进程不用阻塞等待这种资源)。
不剥夺条件:进程所获得的资源在未使用完之前,不能由 其他进程强行夺走,只能主动释放。
请求和保持条件:进程已经保持了至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源又被其他有,此时请 求进程被阻塞,但又对自己已有的资源保持不放。
循环等待条件:存在一种进程资源的循环等待链,链中的每一个进程已获得的资源同时被下一个进程所请求。
注意!发生死锁时一定有循环等待,但是发生循环等待时未必死锁(循环等待是死锁的必要不充分条件)
如果同类资源数大于1,则即使有循环等待,也未必发生死锁。但如果系统中每类资源都只有
一个,那循环等待就是死锁的充分必要条件了。

什么时候会发生死锁

1.对系统资源的竞争。各进程对不可剥夺的资源(如打印机)的竞争可能引起死锁,对可剥夺的资源(CPU)的竞争是不会引起死锁的。
2.进程推进顺序非法。请求和释放资源的顺序不当,也同样会导致死锁。例如,并发执行的进程P1、
P2分别申请并占有了资源R1、R2,之后进程P1又紧接着申请资源R2,而进程P2又申请资源R1,两者会因为申请的资源被对方占有而阻塞,从而发生死锁。

  • 信号量的使用不当也会造成死锁。如生产者-消费者问题中,如果实现互斥的P操作在实现同步的
    P操作之前,就有可能导致死锁。(可以把互斥信号量、同步信号量也看做是一种抽象的系统资
    源)
    总之,对不可剥夺资源的不合理分配,可能导致死锁。
  • 如何预防死锁

  • 破坏互斥条件
    互斥条件:只有对必须互斥使用的资源的争抢才会导致死锁
    将临界资源改造为可共享使用的资源(如SPOOLing技术)
    缺点:可行性不高,很多时候无法破坏互斥条件
  • 破坏不剥夺条件
    不剥夺条件:进程所获得的资源在未使用完之前,不能被其他进程强行夺走,只能主动释放
    方案一,申请的资源得不到满足时,立即释放拥有的所有资源破坏不剥夺条件
    方案二,申请的资源被其他进程占用时,由操作系统协助剥夺(考虑优先级)
    缺点:实现复杂;剥夺资源可能导致部分工作失效;反复申请和释放导致系统开销大;可能导致饥饿
  • 破坏请求和保持条件
    运行前分配好所有需要的资源,之后一直保持
    缺点:资源利用率低;可能导致饥饿
  • 破坏循环等待条件
    给资源编号,必须按编号从小到大的顺序申请资源
    缺点:不方便增加新设备;会导致资源浪费;用户编程麻烦
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