并发控制-第二三四节：封锁封锁协议活锁和死锁

Posted 2022-02-16 快乐江湖

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了并发控制-第二三四节：封锁封锁协议活锁和死锁相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

一：封锁
二：封锁协议
三：活锁和死锁

一：封锁

（1）概念

封锁：封锁就是事务 $T$ 在对某个数据对象（表、记录等）操作之前，先向系统发出请求，对其加锁；加锁后事务 $T$ 对该数据对象就有了一定的控制，在事务 $T$ 释放它的锁之前，其它的事务不能更新此数据对象；DBMS通常提供了多种类型的封锁，一个事务对某个数据对象加锁后究竟拥有怎样的控制是由封锁的类型决定的

（2）类型

基本封锁类型有如下两种

排他锁（ $X$ 锁）：又称为写锁，若事务 $T$ 对数据对象 $A$ 加上 $X$ 锁，则只允许 $T$ 读取和修改 $A$ ，其他任何事务都不能再对 $A$ 加任何类型的锁，直到 $T$ 释放 $A$ 上的锁
共享锁（ $S$ 锁）：又称为读锁，若事务 $T$ 对数据对象 $A$ 加上 $S$ 锁，则其他事务只能再对 $A$ 加 $S$ 锁，而不能加 $X$ 锁，直到 $T$ 释放 $A$ 上的 $S$ 锁
，

（3）控制方式

排他锁与共享锁的控制方式可以用下图所示的相容矩阵来表示

最左边一列表示事务 $T_1$ 已经获得的数据对象上的锁的类型，其中横线表示没有加锁
最上面一行表示另一事务 $T_2$ 对同一数据对象发出的封锁请求
$T_2$ 的封锁请求能否被满足用矩阵中的 $Y$ 和 $N$ 表示。其中 $Y$ 表示事务 $T_2$ 的封锁与 $T_1$ 已持有的锁相容，封锁请求可以满足； $N$ 表示 $T_2$ 的封锁请求与 $T_1$ 已持有的锁冲突，请求被拒绝

二：封锁协议

（1）概念

封锁协议：是指在运用 $X$ 锁和 $S$ 锁对数据对象加锁时需要遵照的一些规则。例如，何时申请、持续时间、和何时释放等。不同的封锁协议，为并发操作的正确调度提供了一定的保证，所能达到的系统一致性级别也是不同的。常用的封锁协议有

支持一致性维护的三级封锁协议（本节）
支持并行调度可串行化的两段锁协议/避免死锁的协议

（2）三级封锁协议

①：一级封锁协议

一级封锁协议：事务 $T$ 在修改数据 $R$ 之前必须先对其加 $X$ 锁，直到事务结束（COMMIT或ROLLBACK）才释放

优点：可以防止丢失修改
缺点：如果仅是读数据，是不需要加锁的。所以它不能保证可重复读和不读脏数据

②：二级封锁协议

二级封锁协议：是指在一级封锁协议基础上增加事务 $T$ 在读取数据 $R$ 之前必须先对其加 $S$ 锁，读完后即可释放 $S$ 锁

优点：可以方式丢失修改和读脏数据
缺点：不能保证可重复读

③：三级封锁协议

三级封锁协议：是指在一级封锁协议基础上增加事务 $T$ 在读取数据 $R$ 之前必须先对其加 $S$ 锁，直到事务结束才可以释放 $S$ 锁

防止丢失修改和读脏数据，还防止了不可重复读

总结

三：活锁和死锁

一个问题的解决必然会导致另一个问题的出现。封锁技术可以有效地解决并发操作的一致性问题，但是会带来新的问题

活锁
死锁

（1）活锁

活锁：事务 $T_1$ 封锁数据 $R$ ，事务 $T_2$ 又请求封锁 $R$ ，因此事务 $T_2$ 被迫等待。此时，事务 $T_3$ 也请求封锁 $R$ ，因此事务 $T_3$ 也被迫等待。当 $T_1$ 释放 $R$ 的封锁后，系统却首先批准了 $T_3$ 的请求， $T_2$ 只能继续等待。然后，又有别的事务到来，由于事务 $T_2$ 的优先级可能较低，所以导致它长时间得不到服务，产生饥饿现象。这就是活锁。避免活锁可以废除特权，采用先来先服务算法

（2）死锁

注意此部分在操作系统中属于重点内容，详细了解请点击跳转：【专栏必读】王道考研408操作系统万字笔记（从学生角度辅助大家理解）：各章节导航及思维导图

A：概念

死锁：两个或两个以上事务均处于等待状态，每个事务都在等待其中另一个事务封锁的数据，导致任何事务都不能向前推进的现象

B：死锁产生的四个必要条件

此部分内容选自：(王道408考研操作系统)第二章进程管理-第四节1：死锁相关概念

①：互斥条件

互斥条件：是指只有对必须互斥使用的资源抢夺时才可能导致死锁。比如打印机设备就可能导致互斥，但是像内存、扬声器则不会

进程A已经获得资源，进程B只能等待

②：不可剥夺条件

不可剥夺条件：是指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

③：持有并等待条件

持有并等待条件：是指进程已经至少保持了一个资源，但又提出了新的资源请求，但是该资源又被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但是对自己持有的资源保持不放

④：循环等待条件

循环剥夺条件：是指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

C：解决死锁的方法

解决死锁主要有下面三种方法（每一种在对应文章中都有详细介绍，限于篇幅，这里只挑取重点）

预防死锁

①：破坏互斥条件

互斥条件是指只有对必须互斥使用的资源抢夺时才可能导致死锁。比如打印机设备就可能导致互斥，但是像内存、扬声器则不会

破坏互斥条件：如果把只能互斥使用的资源改造为允许共享使用，则系统不会进入死锁状态。但并不是所有资源都可以改造为成共享使用的资源的，而且为了系统安全性，很多地方也是禁止改造的，所以互斥条件一般无法破坏

②：破坏不可剥夺条件

不可剥夺条件是指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

破坏不可剥夺条件：可以有以下两种方案

方案一：当某个进程请求新的资源得不到满足时，它必须立即释放保持的所有资源，待以后需要时再重新申请。 也就是说，即使某些资源尚未使用完，也需要主动释放
方案二：当某个进程需要的资源被其他进程占有的时候，可以由操作系统协助，将想要的资源强行剥夺。 这种方式一般需要考虑各个进程的优先级

缺点