关于互斥锁的死锁及解决措施

本文详细阐述了死锁的概念及产生的四个必要条件,并介绍了预防、避免和检测死锁的方法,包括资源一次性分配、可剥夺资源、资源有序分配法等策略。

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死锁:
1、什么是死锁:
     一般情况下,如果同一个线程先后两次调用 lock ,在第二次调用时,由于锁已经被占用,该线程会 挂起等待别的线程释放锁,然而锁正是被自己占用着的,该线程又被挂起而没有机会释放锁,因此 就永远处于挂起等待状态了,这叫做死锁( Deadlock )。
     另一种:若 线程 A 得了锁 1 ,线程 B 获得了锁 2 ,这时线程 A 调用 lock 试图获得锁 2 ,结果是需要挂起等待线程 B 释放 2 ,而这时线程 B 也调用 lock 试图获得锁 1 ,结果是需要挂起等待线程 A 释放锁 1 ,于是线程 A B 永远处于挂起状态了。
2、死锁产生的四个必要条件:
(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) 不剥夺条件: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。
这四个条件是死锁的必要条件,只要系统发生死锁,这些条件必然成立,而只要上述条件之一不满足,就不会发生死锁。
3、如何避免死锁:

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(破坏环路等待条件)

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。

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,例如:

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。
<think>好的,我现在需要回答用户的问题:“给出一个互斥锁死锁的具体情况”。首先,我得确保自己正确理解互斥锁死锁的概念。互斥锁用于保护共享资源,防止多个线程同时访问,而死锁发生在多个线程互相等待对方释放资源,导致程序无法继续执行。 用户可能希望了解一个具体的例子,说明在什么情况下使用互斥锁会导致死锁。我需要选择一个简单易懂的场景,最好是代码示例,这样用户能直观理解。常见的死锁情况通常涉及多个锁和线程获取锁的顺序不一致。 比如,考虑两个线程和两个互斥锁的情况。如果线程A先获取锁1,然后尝试获取锁2,而线程B先获取锁2,然后尝试获取锁1,这样两者都在等待对方释放锁,导致死锁。这个例子比较典型,应该能清晰展示死锁的发生过程。 接下来,我需要用C++代码来演示这个场景。代码需要展示两个线程以不同的顺序获取两个互斥锁,从而引发死锁。同时,我需要解释每一步发生了什么,为什么会导致死锁。还要指出如何避免这种情况,例如通过统一获取锁的顺序,或者使用std::lock来同时获取多个锁。 另外,用户可能还想了解死锁的四个必要条件:互斥、占有且等待、不可抢占、循环等待。在例子中需要体现这些条件,特别是循环等待。这能帮助用户更全面地理解死锁的成因。 需要确保代码示例正确,并且注释清晰。同时,语言要简洁,避免过于技术化的术语,让不同层次的读者都能理解。最后,可能需要总结如何预防死锁,比如锁的顺序、超时机制、死锁检测等,但用户的问题主要是要求具体例子,所以这部分可以简要提及,或者根据用户后续问题展开。 现在,检查是否有其他可能的死锁场景,比如单个线程重复获取同一个锁而没有释放,但这种情况通常会导致自死锁,而不是多线程之间的死锁。用户的问题明确提到互斥锁死锁,所以两个线程和两个锁的例子更合适。 最后,确保回答符合之前设定的格式要求,使用中文,结构清晰,分步骤解释,代码正确使用$$格式,行内公式用$符号。可能需要用代码块展示示例,并解释每个步骤导致的死锁情况。</think>### 互斥锁死锁的具体场景示例 --- #### **场景描述** 假设有两个线程(线程A和线程B),两个互斥锁(锁1和锁2),线程以**不同的顺序**请求这两个锁,导致互相等待对方释放资源,形成死锁。 --- #### **C++代码示例** ```cpp #include <iostream> #include <thread> #include <mutex> std::mutex mutex1; std::mutex mutex2; void threadA() { mutex1.lock(); std::cout << "线程A获取了锁1" << std::endl; std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); // 模拟耗时操作 mutex2.lock(); // 等待线程B释放锁2 std::cout << "线程A获取了锁2" << std::endl; mutex2.unlock(); mutex1.unlock(); } void threadB() { mutex2.lock(); std::cout << "线程B获取了锁2" << std::endl; std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); // 模拟耗时操作 mutex1.lock(); // 等待线程A释放锁1 std::cout << "线程B获取了锁1" << std::endl; mutex1.unlock(); mutex2.unlock(); } int main() { std::thread t1(threadA); std::thread t2(threadB); t1.join(); t2.join(); return 0; } ``` --- #### **死锁发生过程** 1. **时间点1**: - 线程A获取`mutex1`,线程B获取`mutex2`。 2. **时间点2**: - 线程A试图获取`mutex2`(但此时`mutex2`已被线程B持有,因此阻塞)。 - 线程B试图获取`mutex1`(但此时`mutex1`已被线程A持有,因此阻塞)。 3. **结果**: - 线程A和线程B互相等待对方释放锁,程序永久卡死。 --- #### **死锁的四个必要条件** 1. **互斥**:锁被占用后其他线程无法访问(`mutex1`和`mutex2`的特性)。 2. **占有且等待**:线程A占用`mutex1`的同时等待`mutex2`,线程B同理。 3. **不可抢占**:锁只能由持有者主动释放,不可强制剥夺。 4. **循环等待**:线程A等待线程B,线程B等待线程A。 --- #### **如何避免此类死锁?** 1. **统一加锁顺序**:所有线程按固定顺序获取锁(例如先锁1后锁2)。 2. **使用`std::lock`**:同时获取多个锁,避免中间状态。 ```cpp void threadA_fixed() { std::lock(mutex1, mutex2); // 原子化获取两把锁 std::cout << "线程A获取了锁1和锁2" << std::endl; mutex1.unlock(); mutex2.unlock(); } ``` 3. **设置超时机制**:用`try_lock_for`避免无限等待。 --- **总结**:死锁的根源是**资源竞争顺序不可控**。在华为OD面试中,需结合代码示例清晰解释死锁成因,并强调预防措施(如规范锁的使用顺序)。
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