在并发程序设计中,死锁 (deadlock) 是一种十分常见的逻辑错误。通过采用正确的编程方式,死锁的发生不难避免。
死锁的四个必要条件
在计算机专业的本科教材中,通常都会介绍死锁的四个必要条件。这四个条件缺一不可,或者说只要破坏了其中任何一个条件,死锁就不可能发生。我们来复习一下,这四个条件是:
•互斥(Mutual exclusion):存在这样一种资源,它在某个时刻只能被分配给一个执行绪(也称为线程)使用;
•持有(Hold and wait):当请求的资源已被占用从而导致执行绪阻塞时,资源占用者不但无需释放该资源,而且还可以继续请求更多资源;
•不可剥夺(No preemption):执行绪获得到的互斥资源不可被强行剥夺,换句话说,只有资源占用者自己才能释放资源;
•环形等待(Circular wait):若干执行绪以不同的次序获取互斥资源,从而形成环形等待的局面,想象在由多个执行绪组成的环形链中,每个执行绪都在等待下一个执行绪释放它持有的资源。
解除死锁的必要条件
不难看出,在死锁的四个必要条件中,第二、三和四项条件比较容易消除。通过引入事务机制,往往可以消除第二、三两项条件,方法是将所有上锁操作均作为事务对待,一旦开始上锁,即确保全部操作均可回退,同时通过锁管理器检测死锁,并剥夺资源(回退事务)。这种做法有时会造成较大开销,而且也需要对上锁模式进行较多改动。
消除第四项条件是比较容易且代价较低的办法。具体来说这种方法约定:上锁的顺序必须一致。具体来说,我们人为地给锁指定一种类似“水位”的方向性属性。无论已持有任何锁,该执行绪所有的上锁操作,必须按照一致的先后顺序从低到高(或从高到低)进行,且在一个系统中,只允许使用一种先后次序。
请注意,放锁的顺序并不会导致死锁。也就是说,尽管按照 锁A, 锁B, 放A, 放B 这样的顺序来进行锁操作看上去有些怪异,但是只要大家都按先A后B的顺序上锁,便不会导致死锁。
举例
假如有三个对象A、B、C,我们人为约定它们的锁序是: A 先于 B 先于 C。举例说来,下列锁序均为合法:
• 锁C,放C
• 锁B,放B
• 锁B,锁C,放B,放C
• 锁B,锁C,放C,放B
• 锁A,放A
• 锁A,锁C,放A,放C
• 锁A,锁C,放C,放A
• 锁A,锁B,放A,放B
• 锁A,锁B,放B,放A
• 锁A,锁B,锁C,放A,放B,放C
• 锁A,锁B,锁C,放C,放B,放A
而在上面定义的系统中,可能导致发生死锁典型上锁序列包括:
• 锁B,锁A,锁C,放C,放A,放B
(因为先B后A的上锁顺序违反了锁序约定,如果另一执行绪同时按照先A后B的顺序上锁,则可能由于执行绪甲获得了B,执行绪乙获得了A,而导致双方同时等待对方释放所持有的锁,从而形成死锁局面;解法是将操作序列中增加适当的锁操作,即改为锁B,放B,锁A,锁B,锁C,放C,放A,放B)
或者说,只要拿锁的时候不出现逆序(例如拿着C的时候试图抓B或A,或者拿着B的时候试图抓A),并出现潜在逆序的时候先放掉“小”锁再抓大的,就一定不造成死锁了。
1、避免给一个锁嵌套上锁,在持有一个锁的时候,不要再给这个锁上锁。
如果使用多个锁,使用std::lock。2、在持有锁时,不要调用别人提供的函数,因为你不清楚别人的代码怎么实现的,不知道它是不是在使用锁。
3、给多个锁上锁时,固定顺序。如果在给多个所上锁,并且无法使用std::lock,最好的做法就是在每一个线程中,都按照同样的顺序。
4、分层次来使用锁,把程序分成几个层次。区分每个层次中使用的锁,当一个线程已经持有更低层次的锁时,不允许使用高层次的锁。
可以在程序运行时给不同的锁加上层次号,记录每个线程持有的锁。扩展资料:解决方法在系统中已经出现死锁后,应该及时检测到死锁的发生,并采取适当的措施来解除死锁。
死锁预防。这是一种较简单和直观的事先预防的方法。
方法是通过设置某些限制条件,去破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或者几个,来预防发生死锁。预防死锁是一种较易实现的方法,已被广泛使用。
但是由于所施加的限制条件往往太严格,可能会导致系统资源利用率和系统吞吐量降低。死锁避免。
系统对进程发出的每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查,并根据检查结果决定是否分配资源;如果分配后系统可能发生死锁,则不予分配,否则予以分配。这是一种保证系统不进入死锁状态的动态策略。
死锁检测和解除。先检测:这种方法并不须事先采取任何限制性措施,也不必检查系统是否已经进入不安全区,此方法允许系统在运行过程中发生死锁。
但可通过系统所设置的检测机构,及时地检测出死锁的发生,并精确地确定与死锁有关的进程和资源。检测方法包括定时检测、效率低时检测、进程等待时检测等。
然后解除死锁:采取适当措施,从系统中将已发生的死锁清除掉。这是与检测死锁相配套的一种措施。
当检测到系统中已发生死锁时,须将进程从死锁状态中解脱出来。常用的实施方法是撤销或挂起一些进程,以便回收一些资源,再将这些资源分配给已处于阻塞状态的进程,使之转为就绪状态,以继续运行。
死锁的检测和解除措施,有可能使系统获得较好的资源利用率和吞吐量,但在实现上难度也最大。参考资料:死锁百度百科。
破坏互斥条件
破坏互斥条件即允许多个进程同时访问资源。由于多数资源的必须互斥访问这一固有特性不能改变,因此,死锁的预防通过破坏这个必要条件实现在很多场合是行不通的。例如,打印机资源必须互斥使用,否则几个进程同时使用,每个进程各打印一行,这种输出信息的方式显然是不能被用户接受的。
破坏占有和等待条件
采用资源静态分配法可破坏这一条件,该方法是指在进程运行前,一次性地_请分配它运行所需的全部资源。若系统有足够的资源分配给某一进程,则一次性地将其所需资源分配给该进程,这样,在进程运行期间便不会再提出任何资源请求,从而使等待条件不成立。如果分配时有一种资源要求不能满足,则进程需要的其他资源也先不分配给进程,从而避免进程在等待期间占用任何资源,破坏了占用条件,从而避免死锁的发生。
该方法控制简单且容易实现,但由于进程运行期间对所需资源的全部占用,使得某些使用时间很短的资源被长时间占用,这样会严重影响系统资源的充分利用,导致资源利用率降低,同吋也影响到未获得全部资源的进程推迟运行。
破坏不剥夺条件
采用剥夺式控制方法可以破坏该条件,该方法是使一个已保持了某些资源的进程,由于新的资源要求目前得不到满足,它必须先暂时释放巳保持的所有资源(一种剥夺式),然后去等待,以后再一起向系统提出巾请,这样也能防止死锁。这种方法实现起来相对W难,为了保护进程自动放弃资源的现场以及后来的再次恢复,需要付出高昂的代价,并且这种方法只适用于处理机和存储器资源,对其他资源,此法不宜使用。
破坏循环等待条件
采用资源顺序分配法可破坏该条件。这种分配方法的基本思想是:把系统的全部资源分成多个层次,一个进程得到某一层的一个资源后,它只能再_请较高一层的资源;当一个进程要释放某层的一个资源时,必须先释放所占有的较高层的资源;当一个进程获得了某一层的一个资源后,它想再申请该层中的另一个资源,就必须先释放在该层中巳占有的资源。或者说,进程释放资源的顺序是按照中请资源的相反顺序进行的。这样可以预防循环等待现象的发生,因此不会发生死锁。使用该方法要特别注意的问题是对资源所处层次的安排。在通常情况下,把各进程经常用到的、比较普遍的资源安排在较低的层次上,把重要且相对匮乏的资源安排在较高的层次上,以便实现对各资源的最大限度的利用。该方法相对于前面介绍的方法,在资源利用率和系统吞吐量上都有明显的改善。但也存在一些缺陷。
(1)低层次的资源必须在进程请求分配髙层次的资源之前提前申请,这对于暂时不需使用的低层次资源来说,会因空闲等待而产生浪费。
(2)各类设备的资源层次一经设定,便不能经常随意改动,这就限制了新类型设备的增加。
(3)各资源的层次是按照大多数进程使用资源的顺序设置的。对于资源使用与此层次相闪配的进程,资源能得到有效的利用,否则,资源的浪费现象将仍然存在。
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