死锁及其应对方案

Posted 2021-07-10 Jqivin

文章目录

• 一、死锁是什么？
• • ``1.死锁``
  • ``2.例子``：
  • ``3.死锁的四个必要条件``
• 二、死锁的应对
• • 1.不予理睬
  • 2.死锁的检测与修复
  • 3.死锁的动态避免
  • 4.死锁的静态防止
• 总结

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一、死锁是什么？

1.死锁

有一组线程，每个线程都在等待某一个资源，但所需要的资源又是别的线程所持有的资源。则我们称这组线程发生了死锁。在死锁的状态下，没有线程可以释放资源，获取资源。线程都保持着自己的资源不释放，但是又得不到另外想要的资源，从而陷入了死锁的僵局。

2.例子：

假如线程A获得x锁，线程B获得y锁，这时候线程A想要获得y锁，线程B想要获得x锁就造成了死锁。


图2-1

3.死锁的四个必要条件

①资源有限和独占：资源有限以至于不能满足所有线程所需的资源，并且资源是不能共享的。
②持有等待：当线程想要获取新的资源时，别的线程在使用，线程等待的时候不会释放原有的资源。
③不能抢占：如果可以对资源发生抢占，就不会发生死锁了。
④循环等待：在发生死锁时，必然存在一个进程–资源的环形链。

二、死锁的应对

允许死锁发生（不理睬，死锁发生后想办法解决）
不允许死锁发生（周全考虑，通过死锁的必要条件消除）

1.不予理睬

采取无为而治，因为死锁防止的代价太高，防止死锁比重启100次代价还要高，不如直接重启。

2.死锁的检测与修复

（1）检测死锁：
①有向图：效率低下。
②矩阵：建立资源分配矩阵，资源等待矩阵。然后维持两个矢量：系统资源总量矢量，系统当前可用资源矢量。资源等待矩阵 - 系统当前可用资源矢量，如果每一行都为负数，那么就发生了死锁。

(2)死锁的恢复
①抢占资源：代价是被抢占的线程可能不能正常运行。
②抢占资源并把线程“杀掉”。
③上翻：将整个系统翻转到以前的状态。需要对系统做定期的记录，很麻烦。
评价:行不通，两个步骤都有较大的困难，第一步减出来的结果都为负数的时候也不一定会发生死锁，因为可能之后会有线程异常退出，另外，如果是多用户系统的话，线程数非常多，矩阵也会很大，更新这个矩阵会很困难。最严重的是，检测死锁的进程自己可能发生死锁。

3.死锁的动态避免

先发制人，进行每次资源分配的时候，都要进行仔细的计算，确保该资源请求批准后系统不会进入死锁或者潜在死锁的状态（尚未发生死锁，但是之后可能会发生死锁 – 不安全状态）。如果分配该资源，系统将会进入不安全的状态，那么就不要分配。银行家算法就是这个方案。

安全状态:从该状态开始，我们能够找到一种资源分配的方法和顺序，使所有的进程都能够得到其所需要的资源，从而避免死锁。
不安全状态:从该状态开始，无论我们怎样，都找不到一种资源分配的方法和顺序，来满足所有的进程的资源需求。
例子
下面这个就是安全的状态:先给B分配资源，B执行结束之后再给C分配资源，C结束之后再给A分配资源。

下面这个就是不安全状态：B执行完毕之后，还有4个可用资源，既不能满足A也不能满足C，所以系统将进入死锁状态。

评价：①如果进程过多，系统资源种类过多，这种计算将变得十分的复杂。
②得到一个进程的最大资源需求 很困难。只能估算，不能准确的得到，但是估算又会造成我们在每一步计算的时候产生误差，造成结果的不准确。

4.死锁的静态防止

前三种的方法都不尽人意，该策略的中心思想就是清除死锁发生的土壤–死锁发生的四个必要条件。如果消除死锁发生的必要条件中的任何一个，都可以达到避免死锁的目的。
（1）消除资源独占条件
有两个方法：一个是把资源无限增加（显然行不通），另外一个是把资源变成共享（这种发放不适合所有的资源，有的可以共享，有的不可以共享）
（2）消除请求和保持条件
①一个进程一次请求所有的资源，而不是到需要下一个资源的时候再去请求下一个。 这种方法的缺点就是以此获得所有的资源，刚开始并不使用，造成浪费。

②另一个方法是，还像之前一样请求资源，当请求的资源被拒接之后，线程释放所有的资源。（也会造成浪费）
多线程中使用std::lock()可以绑定多个互斥量资源。
比如说，我们使用两个锁，上面的例子图2-1就造成了死锁。我们可以使用std::lock()解决。

为了方便，我们也可以使用lock_guard进行管理：
adopt_lock参数:std::adopt_lock是个结构体对象，起一个标记作用.作用就是表示这个互斥量已经lock(),不需要在locker1对象的构建过程中进行mtx1.lock();

（3）消除非抢占条件
允许资源的抢占，比如CPU和内存资源，但是有些资源是不能被抢占的，比如锁的资源。
（4）消除循环等待条件
死锁的最后一个必要条件是循环等待。而循环等待的原因是因为进程请求资源的顺序是随机的，即一个进程可以先请求资源A再请求资源B，也可以先请求资源B再请求资源A。这样，如果两个进程按照不同的顺序请求A、B两个资源，死锁就有可能发生。但如果我们规定对A、B两个资源的使用必须按昭先A后B的顺序诸求．则死锁就不能发生。比如说，一个进程想使用1,3资源，必须严格按照先请求1，再请求3的顺序进行，当一个进程使用3的时候，他也在使用1，所以其他进程就会等待，直到该进程把资源使用完毕释放。如果没有进程需要资源3，那么需要资源2的进程可以正常执行。

总结