面试技术栈 —— 操作系统之死锁

这里的死锁知识，不仅仅在OS中有用，在编程涉及到资源竞争时也很有用，因为死锁的发生条件无外乎就这四种。

一、什么是死锁？

死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。

一、参考文章或视频链接
[1] 汤小丹等．《计算机操作系统》．西安电子科技大学出版社．2012.9.

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二、死锁发生条件

陈胜曰：“天下苦秦久益”，陈胜吴广振臂一呼：“王侯将相，宁有种乎！”，斩木为兵，揭竿为旗，天下云集响应，秦朝统治的根基开始风雨飘摇，进入到楚汉争霸时期，刘邦与项羽以鸿沟为界，刘邦作汉王项羽作楚王，刘邦占据汉中，项羽坐拥江东，彼此最终都想打败对方并问鼎天下。即便双方想讲和，有了大一统的开端，历史也不再允许。

二、参考文章或视频链接
[1] 【花三分钟了解一下死锁 | 这波不亏，不亏】 - bilibili jstack分析线程

2.1 互斥条件

共享资源shared_resources只能被线程A或线程B所占用。天不可二日，朝不可二君，皇帝的称号只能是一个人的。每个人吃饭的碗是不可能分享给别人的，饭碗一定是互斥的。

2.2 请求并保持条件

线程A已经获取共享资源R1，在等待共享资源R2时，不释放R1。刘邦占据了汉中，项羽坐拥江东，彼此都有一个大本营，想要获得对方的资源，但都不可能放弃已经到手的土地。

2.3 不可抢占条件

其它线程不能强行抢占线程A已经获得的资源。这点如果照搬楚汉争霸的故事不太好类比，这么理解，刘邦和项羽必须是你死我活，只要双方的军事集团还存在，那就不可能获得对方的土地，在没让对方屈服的基础上抢占对方的资源是不可能的。现实中也一样，抢劫自人类进入私有制与法律的社会，从始至终都被认为是严重的刑事犯罪，原始社会就没这种约束，弱肉强食，活着干抢了算。

2.4 循环等待条件

线程A等待共享资源R2，线程B等待共享资源R1，循环等待。刘邦和项羽都对彼此虎视眈眈。

三、死锁预防、避免与解决

3.1 死锁发生前，预防死锁（资源分配前）

将上面这四条类比到现实，把你自己代入到线程，你会不会认为这四种条件对自己而言很自然？分别对应于现实中的这些行为：不肯把东西分享给别人；装进口袋里的东西再想拿出来就难了；被爸爸妈妈教育不能抢别人东西（这犯法）；别人拥有的东西更香更想要（第四条和第三条就是滋生矛盾的土壤，总有一天会爆发）。我看这四条，条条都是在说人性，这也不奇怪，人难免都是有私心的嘛，但是这样也难免带来矛盾，毕竟你争我抢总有一天会有矛盾的，那现实生活中是如何解决这些矛盾的？那用道德把这些条件破坏掉就好了（但这不意味着矛盾的土壤彻底消失，而是缓解了）。

（1）第一个条件，互斥条件。这个真不行，好的像穿一条裤衩只是开玩笑，你的内裤怎么可能给别人？总得留点东西在自己身上的。
（2）第二个条件，请求并保持条件。一开始就把所有东西占到自己手中，打消别人的任何想法。你的成绩在班级里一直遥遥领先，门门功课考第一，别人也就没想法了，反而会认为你就是厉害，天生聪明，谁知你背后付出了多少努力与科学的思考。
（3）第三个条件，不可抢占条件。俗语说，吃亏是福，“一纸书来只为墙，让他三尺又何妨？万里长城今犹在，不见当年秦始皇”，在现实中，谦让是种美德，而计算机中的线程不懂这个道理， 就让OS来替天行道释放线程所占资源吧。
（4）第四个条件，循环等待条件。给资源按序号从小到大的排队，只能按指定顺序来获取资源，窗口排队打饭就是这样。

3.2 死锁发生前，避免死锁（资源分配中）

避免死锁是指，在避免死锁的方法中，系统会在每次进行资源分配时（例如，在进程或线程请求资源时）检查是否会导致死锁的情况发生。如果系统检测到可能会导致死锁，它会拒绝该请求并采取适当的措施来打破死锁循环，以确保系统能够继续正常运行。

从中文表达上是一样的，平常我们用词也不会特意区分，但在这里，避免和预防是两回事，预防就是算无遗策料事如神，是资源分配前要做的事情；避免就是摸着石头过河，是资源分配中要做的事情。所以没有道德的话，还是得有人对资源进行监督与规划。

3.2 参考文章或视频链接
[1] 银行家算法 【死锁的处理-避免死锁】 - bilibili

3.3 死锁发生后，检测与解决死锁（资源分配后）

如果没有什么道德约束又没有监督、规划的话，那么上面的四种条件就没有得到破坏，这个时候到底还是发生了死锁，产生了资源竞争，这个时候就不得不动用更高级的手段，如族规国法。

(1)资源剥夺法。刘邦赢得胜利，将项羽贬为庶民，给口饭吃就行，然后等刘邦去世后，结果项羽后代来一句，“楚虽三户，亡汉必楚”。
(2)撤销进程法。如果将“天”比作楚汉争霸里的操作系统，那就让线程A借助操作系统的力量干掉线程B，毕竟只要这个线程还活着，那就有来争夺资源的可能性，就像西楚霸王一样在生命的最后一刻所喊出的那样：“此天之亡我也,非战之罪”，不是老哥我抢资源不厉害，是“老天爷”它要剥夺我的权力啊。
(3)进程回退法。把历史进程往回拨，回到“田园牧歌”般的原始社会吧，社会上不少人美化曾经的过去多么多么好，其实有道理又没道理，这真的得是神级文明才能做到了，不过对于OS来说没什么问题，OS就是计算机里的上帝，掌管一切。

3.3 参考文章或视频链接
[1] 【死锁的处理-避免死锁】 - bilibili

四、总结

峰峦如聚，波涛如怒，山河表里潼关路。
望西都，意踌躇。
伤心秦汉经行处，宫阙万间都做了土。
兴，百姓苦；亡，百姓苦。—— 《山坡羊·潼关怀古》 元·张养浩

如何跳出这个历史周期律，避免操作系统走入死锁并宕机，是一件事关你我子孙后代的大事。