14、计算机系统中的死锁与同步问题解析

计算机系统中的死锁与同步问题解析

在计算机系统的运行过程中，资源的共享与分配是一个核心问题。然而，当多个进程竞争稀缺资源时，可能会引发一系列严重的问题，如死锁、活锁和饥饿等。这些问题不仅会导致系统性能下降，甚至可能使整个系统陷入瘫痪。本文将深入探讨这些问题的成因、表现形式以及必要条件，并通过多个实际案例进行详细分析。

1. 死锁的概念与后果

在计算机系统中，死锁是一种系统级的资源请求纠缠现象。当两个或多个作业被搁置，每个作业都在等待一个关键资源变得可用时，死锁就可能开始形成。如果这些作业所需的资源恰好被其他也在等待运行的作业持有，而这些作业又因等待其他不可用资源而无法运行，那么这些纠缠的作业就会陷入停滞。如果系统的其余部分也随之停滞，那么死锁就完全形成了。

死锁的后果往往非常严重。当操作系统无法解决死锁问题时，就需要人工干预，因为资源被占用，整个系统（而不仅仅是几个程序）都可能受到影响。而且，死锁没有简单直接的解决方案，就像在现实生活中，没有人能前进，除非有人让路，但没有人能让路，除非有人前进或后面的人都后退。

为了更直观地理解死锁，我们可以看一个日常生活中的例子。假设冰淇淋店要关门了，你拿到了最后一份冰淇淋，但排在你后面的人拿走了最后一把勺子。如果没有额外的冰淇淋和勺子，而且你们都不愿意放弃自己手中的东西，那么就形成了死锁，你们都无法吃到冰淇淋。

2. 死锁、活锁和饥饿的示例

• 死锁示例 - 狭窄楼梯 ：以建筑物中的狭窄楼梯为例，楼梯原本是作为消防逃生路线建造的，但楼里的人常常选择走楼梯而不是等待缓慢的电梯。楼梯上的通行通常很顺畅，除非两个相向而行的人需要在楼梯上错