死锁的产生和预防死锁

本文详细解释了死锁的概念、产生的原因及必要条件,并介绍了预防、避免、检测和解除死锁的各种方法。

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1,死锁的定义:死锁是指多个进 程因竞争资源而造成的一种僵局(互相等待),若无外力作用,这些进程都将无法向前推进。
2,死锁产生的原因主要是:
(1) 因为系统资源不足。
(2) 进程运行推进的顺序不合适。
(3) 资源分配不当等。
3,死锁产生的必要条件:
(1) 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。
(2) 请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。
(3) 不可抢占条件:进程已获得的资源,在末使用完之前,不能强行剥夺。
(4) 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。
上述条件如果有一个不满足,都不会发生死锁。
4,解决死锁的办法:
想要不发生死锁,只要破坏产生死锁的必要条件之一,死锁就不会发生。但是互斥条件不但不能破坏,还要加以保护。
(1)预防死锁:
资源一次性分配:(破坏请求和保持条件
可剥夺资源:即当某进程新的资源未满足时,释放已占有的资源(破坏不可剥夺条件
资源有序分配法:系统给每类资源赋予一个编号,每一个进程按编号递增的顺序请求资源,释放则相反(破坏循环等待条件
(2)避免死锁:
预防死锁的几种策略,会严重地损害系统性能。因此在避免死锁时,要施加较弱的限制,从而获得较满意的系统性能。由于在避免死锁的策略中,允许进程动态地申请资源。因而,系统在进行资源分配之前预先计算资源分配的安全性。若此次分配不会导致系统进入不安全状态,则将资源分配给进程;否则,进程等待。其中最具有代表性的避免死锁算法是银行家算法。
(3)检测死锁
首先为每个进程和每个资源指定一个唯一的号码;然后建立资源分配表和进程等待表。
(4)解除死锁:
当发现有进程死锁后,便应立即把它从死锁状态中解脱出来,常采用的方法有:
剥夺资源:从其它进程剥夺足够数量的资源给死锁进程,以解除死锁状态;
撤消进程:可以直接撤消死锁进程或撤消代价最小的进程,直至有足够的资源可用,死锁状态消除为止;所谓代价是指优先级、运行代价、进程的重要性和价值等。
总结:死锁预防要求用户进程事先申报所需的资源或按严格的规程申请资源,而死锁检测原则上应允许死锁发生,在适当的时机检查,若发生死锁,则设法排除之。与预防死锁相比,后者过于放手,致使死锁频繁。而避免死锁则以事务撤消为前提,当不能获得资源批准时,立刻进行死锁检测。它既不像预防死锁那样过于保守,也不象死锁检测那样过于放开,由于检测及时,由归纳法可知,在已获准等待的事务中,不可能存在死锁,所以检测算法比较简单。





### 死锁产生条件 死锁是指两个或多个进程在执行过程中因争夺资源而相互等待对方释放已占有的资源,从而导致这些进程都陷入无限期等待的状态。死锁发生的四个必要条件如下: 1. **互斥条件** 资源在同一时刻只能被一个进程占用,其他试图访问该资源的进程必须等待直到当前占有者释放资源[^2]。 2. **请求与保持条件** 进程已经持有了某些资源的同时又申请新的资源,如果新资源无法立即获得,则持有原有资源的进程进入阻塞状态[^1]。 3. **不可剥夺条件** 已经分配给某进程的资源,在未使用完毕之前不能强制收回,只有拥有该资源的进程才能主动释放资源[^2]。 4. **循环等待条件** 存在一个由若干进程组成的环形链表,其中每个进程都在等待下一个进程中所持有的某种资源[^3]。 --- ### 预防死锁的方法 为了防止死锁发生,可以从破坏上述四个必要条件之一入手。以下是几种常见的预防措施: #### 1. 破坏互斥条件 通过减少独占性资源的数量或者改变资源共享方式来降低冲突的可能性。例如,对于共享数据结构可以考虑使用无锁编程技术或其他并发控制手段替代传统的锁定机制[^1]。 #### 2. 破坏请求与保持条件 要求进程一次性申请所需的全部资源后再开始运行;如果没有足够的可用资源满足需求,则让进程暂时挂起直至有足够的资源为止。这种方法虽然简单有效,但可能导致资源利用率下降并增加饥饿风险[^2]。 #### 3. 破坏不可剥夺条件 当某个正在使用的资源变得不再需要时,应该及时将其归还到池子里面去供别的线程调用。另外也可以设计成允许强行回收那些长时间未能完成工作的任务所占据的关键性资产。 #### 4. 破坏循环等待条件 按照一定的次序为所有的资源编号,并规定任何进程在获取多种类型的资源时都要遵循从小号到大号的原则依次索取。这样就可以避免形成闭环依赖关系。 此外还可以借助于高级同步原语比如信号量集、管程等工具实现更精细粒度上的协调管理,进而规避潜在隐患[^4]。 ```cpp // 示例代码展示如何通过加锁顺序避免死锁 #include <iostream> #include <thread> #include <mutex> std::mutex m1, m2; void thread_func_1() { std::lock_guard<std::mutex> lock_m1(m1); // 锁定m1 std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); // 模拟延迟操作 std::lock_guard<std::mutex> lock_m2(m2); // 锁定m2 std::cout << "Thread 1 acquired both locks." << std::endl; } void thread_func_2() { std::lock_guard<std::mutex> lock_m1(m1); // 锁定m1 std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); // 模拟延迟操作 std::lock_guard<std::mutex> lock_m2(m2); // 锁定m2 std::cout << "Thread 2 acquired both locks." << std::endl; } int main() { std::thread t1(thread_func_1); std::thread t2(thread_func_2); t1.join(); t2.join(); return 0; } ``` 以上程序展示了如果不注意加锁顺序可能会引发死锁的情况。为了避免这种情况发生,可以在实际应用中统一所有线程对同一组对象进行加锁时采用固定的先后顺序。 --- ### 总结 综上所述,理解死锁产生的原因及其背后逻辑至关重要。针对不同场景可以选择合适的技术路线加以防范,既保障系统的稳定性又能兼顾效率最大化目标达成。
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