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作為開發(fā)者，我們必須深入了解死鎖的概念、產(chǎn)生原因、檢測(cè)方法以及應(yīng)對(duì)策略，以確保程序的穩(wěn)定性和可靠性
本文將詳細(xì)剖析Linux程序死鎖，并提供一系列有效的解決方案
一、死鎖的基本概念 死鎖是指在多道程序系統(tǒng)中，一組進(jìn)程中的每個(gè)進(jìn)程都無(wú)限期地等待被該組進(jìn)程中的另一個(gè)進(jìn)程所占有且永遠(yuǎn)不會(huì)被釋放的資源，這種現(xiàn)象稱為系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，簡(jiǎn)稱死鎖
處于死鎖狀態(tài)的進(jìn)程成為死鎖進(jìn)程
系統(tǒng)發(fā)生死鎖會(huì)大量浪費(fèi)系統(tǒng)資源，甚至?xí)䦟?dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰
二、死鎖的產(chǎn)生原因 死鎖的產(chǎn)生原因主要有兩個(gè)：一是競(jìng)爭(zhēng)資源，系統(tǒng)提供的資源有限，不能滿足每個(gè)進(jìn)程的需求；二是多道程序運(yùn)行時(shí)，進(jìn)程的推進(jìn)順序不合理
系統(tǒng)的資源分為兩類：永久性資源和臨時(shí)性資源
永久性資源（可重生資源）是指那些可供進(jìn)程重復(fù)利用、長(zhǎng)期存在的資源，如內(nèi)存、CPU等硬件資源，以及數(shù)據(jù)文件、共享程序代碼等軟件資源
臨時(shí)性資源（消耗性資源）是指由某個(gè)進(jìn)程產(chǎn)生、只為另一個(gè)進(jìn)程使用一次，或經(jīng)過(guò)短暫時(shí)間后便不可再使用的資源，如I/O和時(shí)鐘中斷、消息等
兩種資源都可能導(dǎo)致發(fā)生死鎖
三、死鎖的必要條件 對(duì)于永久性資源，產(chǎn)生死鎖有四個(gè)必要條件： 1.互斥條件：進(jìn)程獨(dú)占所分配到的資源且排他使用
進(jìn)程互斥使用資源，即任意時(shí)刻一個(gè)資源只能被一個(gè)進(jìn)程使用，其他進(jìn)程申請(qǐng)一個(gè)正在被占有的資源時(shí)，申請(qǐng)者要等待直至資源被占用者釋放
2.不可剝奪條件：進(jìn)程所獲得的資源在未使用完畢之前，不能被其他進(jìn)程強(qiáng)行剝奪，只能由使用者自愿釋放
3.請(qǐng)求和保持條件：進(jìn)程已經(jīng)得到至少一個(gè)資源，但又提出了新的資源請(qǐng)求，而該資源又被其他進(jìn)程所占有，此時(shí)進(jìn)程會(huì)等待直至得到所需資源，在等待期間繼續(xù)占用已得到的資源
4.循環(huán)等待條件：在發(fā)生死鎖時(shí)，必然存在一個(gè)進(jìn)程等待隊(duì)列，其中每個(gè)進(jìn)程所占有的資源同時(shí)被另一個(gè)進(jìn)程所申請(qǐng)，即前一個(gè)進(jìn)程占有后一個(gè)進(jìn)程所申請(qǐng)的資源，形成一個(gè)進(jìn)程等待環(huán)路
四、死鎖的檢測(cè)與解除 解決死鎖的方法可分為兩類：一是不讓死鎖發(fā)生；二是等死鎖發(fā)生后再解決
具體有以下四種方法： 1.預(yù)防死鎖：通過(guò)破壞產(chǎn)生死鎖的必要條件（除第一個(gè)互斥條件外的其他條件）來(lái)防止死鎖發(fā)生
此方法會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)資源利用率過(guò)低
2.避免死鎖：在資源的動(dòng)態(tài)分配過(guò)程中，采取某種方法防止系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)，從而避免死鎖發(fā)生
此方法只需以較弱的限制條件為代價(jià)，并獲得較高的資源利用率
3.檢測(cè)死鎖：允許系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生死鎖，事先不用采取預(yù)防、避免措施
4.解除死鎖：與死鎖檢測(cè)相配套的措施，用于將進(jìn)程從死鎖狀態(tài)下解脫出來(lái)
在允許進(jìn)程動(dòng)態(tài)申請(qǐng)資源的前提下，可以做出如下規(guī)定：一個(gè)進(jìn)程在申請(qǐng)新資源的要求不能立即得到滿足時(shí)，該進(jìn)程進(jìn)入等待狀態(tài)
而處于等待狀態(tài)下的進(jìn)程的全部資源可以被他人剝奪，被剝奪的資源重新放到資源表中
該方法適合那些狀態(tài)是容易保存和恢復(fù)的資源，例如CPU、內(nèi)存等
但此方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜，且代價(jià)很大
因?yàn)橐粋�(gè)資源在使用一段時(shí)間后被強(qiáng)制剝奪會(huì)造成前階段工作失效，甚至可能出現(xiàn)某個(gè)進(jìn)程反復(fù)申請(qǐng)和釋放資源的情況，使得進(jìn)程執(zhí)行無(wú)限期推遲，還增加了系統(tǒng)開銷，延長(zhǎng)了進(jìn)程的周轉(zhuǎn)時(shí)間，降低了系統(tǒng)的吞吐量和性能
五、死鎖的預(yù)防策略 預(yù)防死鎖的主要策略是破壞前面提到的四個(gè)必要條件之一： 1.破壞互斥條件：使資源盡可能變?yōu)楣蚕碣Y源
某些資源（如讀寫鎖）可以允許多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)
2.破壞請(qǐng)求和保持條件：要求進(jìn)程在開始時(shí)一次性申請(qǐng)所有需要的資源
這樣可以避免在獲得部分資源后繼續(xù)等待其他資源的情況
3.破壞不可剝奪條件：允許操作系統(tǒng)強(qiáng)制剝奪某些資源
在某些情況下，如果一個(gè)進(jìn)程需要其他資源而無(wú)法獲取，可以通過(guò)釋放當(dāng)前資源，等待一段時(shí)間后重新嘗試獲取所有資源
4.破壞循環(huán)等待條件：為所有資源排序，并要求進(jìn)程按照預(yù)定義的順序請(qǐng)求資源
這樣可以避免循環(huán)等待的發(fā)生
六、死鎖的避免策略 避免死鎖的基本思想是：系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程發(fā)出的每個(gè)系統(tǒng)能滿足的資源申請(qǐng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，并根據(jù)檢查結(jié)果決定是否分配資源；如果分配后系統(tǒng)可能發(fā)生死鎖，則不予分配，反之予以分配
由于避免死鎖策略中允許進(jìn)程動(dòng)態(tài)地申請(qǐng)資源，所以系統(tǒng)要提供某種方法，在分配資源前，先分析資源分配的安全性
當(dāng)估計(jì)到可能有死鎖發(fā)生時(shí)及時(shí)設(shè)法避免
如果操作系統(tǒng)能保證所有進(jìn)程能在有限時(shí)間內(nèi)獲得需要的全部資源，則稱系統(tǒng)處于“安全狀態(tài)”，否則就是不安全的
所謂的安全狀態(tài)是指，如果系統(tǒng)的所有進(jìn)程構(gòu)成了一個(gè)安全序列，則系統(tǒng)處于安全狀態(tài)
銀行家算法是最經(jīng)典的死鎖避免算法之一
七、死鎖的檢測(cè)與解除策略 死鎖檢測(cè)的實(shí)質(zhì)是確定是否存在“循環(huán)等待”條件，檢測(cè)算法確定死鎖發(fā)生并識(shí)別出與死鎖有關(guān)的進(jìn)程和資源
1.死鎖檢測(cè)算法：當(dāng)任一進(jìn)程申請(qǐng)一個(gè)已被其他進(jìn)程占有的資源時(shí)，通過(guò)反復(fù)查找資源分配表和進(jìn)程等待表，來(lái)確定該進(jìn)程對(duì)這個(gè)資源的申請(qǐng)是否會(huì)導(dǎo)致環(huán)路，若是，便確定出現(xiàn)死鎖
2.死鎖解除：要解除死鎖就要?jiǎng)儕Z資源，那就要考慮如下幾個(gè)問(wèn)題：被犧牲的進(jìn)程重新運(yùn)行或回退到某一點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行；如何保證不發(fā)生“餓死現(xiàn)象”，即如何保證不會(huì)總是剝奪同一個(gè)進(jìn)程的資源，從而導(dǎo)致該進(jìn)程處于“饑餓狀態(tài)”；“最小代價(jià)”，即最經(jīng)濟(jì)合算的算法，使得進(jìn)程回退帶來(lái)的開銷最小
八、實(shí)例分析：死鎖的代碼示例
下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的死鎖代碼示例，在該示例中，兩個(gè)線程分別獲取不同的鎖，然后嘗試獲取對(duì)方已經(jīng)占有的鎖，最終導(dǎo)致死鎖：
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