死锁概念:

多个执行流对锁资源争抢访问,但是因为访问推进顺序不当,造成互相等待最终导致程序流程无法继续推进,这时候就造成了死锁
死锁实际是一种程序流程无法继续推进,卡在某个位置的一种概念

死锁的产生通常是在访问多个锁的时候需要注意的事项

死锁产生的必要条件:

  1. 互斥条件:我加了锁,别人就不能再继续加锁
  2. 不可剥夺条件:我家的锁,别人不能解,只有我能解锁
  3. 请求与保持条件:我加了A锁,然后去请求B锁;如果不能对B锁加锁,则也不释放A锁
  4. 环路等待条件:我加了A锁,然后去请求B锁;另外一个人加了B锁,然后去请求A锁

死锁的预防

破坏死锁产生的必要条件(主要避免3和4两个条件的产生)

死锁的避免

  • 死锁检测算法
  • 银行家算法

银行家算法的思路:系统的安全状态/非安全状态

每一个线程进入系统时,它必须声明在运行过程中,所需的每种资源类型最大数目,其数目不应超过系统所拥有每种资源总量,当线程请求一组资源系统必须确定有足够资源分配给该进程。
若有再进一步计算这些资源分配给进程后,是否会使系统处于不安全状态?

  • 如果有可能就不能分配(等待)
  • 如果不会(即若能在分配资源时找到一个安全序列),系统是安全的,则分配这个锁

后续若不能分配锁,可以资源回溯,把当前执行流中已经加的锁释放掉 - 破坏请求与保持
非阻塞加锁操作,若不能加锁,则把手上的其他的锁也释放掉 - 破坏请求与保持

加锁对临界资源进行保护,实际上对程序的性能是一个极大的挑战!
在高性能程序中通常会讲究一种无锁编程 - CAS锁(乐观锁) / 一对一的阻塞队列 / atomic 原子操作

具体介绍:

假定系统中有五个线程{P0,P1,P2,P3,P4}和三类资源{A,B,C},各类资源数量分别为10,5,7,在T0时刻分配资源情况如图:

  • Max: 表示线程对每类资源的最大需求量;
  • Allocation: 表示系统给线程已分配每类资源的数目;
  • Need:表示线程还需各类资源数目;
  • Available:表示系统当前剩下的资源。

Linux:带你理解死锁(银行家算法详解)

从初始找出安全序列:

  1. 首先系统剩下资源{3,3,2},查表可满足5个进程Need的进程有:P1(1,2,2)、P3(0,1,1),先给P1分配;
  2. P1分配以后执行完释放其所占资源后系统此时剩下资源有:Allocation+{3,3,2}={5,3,2};
  3. 根据系统剩下资源查表可满足剩下4个进程Need的进程有P3{0,1,1}、P4{4,3,1},再给P3分配;
  4. P3分配以后执行完释放其所占资源后系统此时剩下资源有:Allocation+{5,3,2}={7,4,3};
  5. 根据系统剩下资源查表可满足剩下3个进程Need的进程有P0{7,4,3}、P2{6,0,0}、P4{4,3,1},再给P4分配;
  6. P4分配以后执行完释放其所占资源后系统此时剩下资源有:Allocation+{7,4,3}={7,4,5};
  7. 根据系统剩下资源查表可满足剩下2个进程Need的进程有P0{7,4,3}、P2{6,0,0},再给P2分配;
  8. P2分配以后执行完释放其所占资源后系统此时剩下资源有:Allocation+{7,4,5}={10,4,7};
  9. 根据系统剩下资源查表可满足剩下1个进程Need的进程有P0{7,4,3},最后给P0分配;
  10. P0分配以后执行完释放其所占资源后系统此时剩下资源有:Allocation+{10,4,7}={10,5,7};
  11. 所有进程按此序列{P1,P3,P4,P2,P0}可安全执行完毕,最后系统资源全部释放。(由以上也可知安全序列不唯一,但只要找出一个安全序列,则说明此系统是安全的(找到安全序列可按此序列真正执行进程推进顺序,若没找到,则恢复初始状态,其并没有真正给进程分配资源,只是提前避免))

由表表示:

  • work:表示系统当前剩下的资源数;

Linux:带你理解死锁(银行家算法详解)

个人觉得:死锁检测算法和银行家算法大同小异。。。

银行家算法强调的是运行的安全状态和非安全状态,只是安全状态的检测和死锁检测算法比较类似(安全状态前提要求就是不能出现死锁)

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