死鎖產生的必要條件和避免方法


1 什么是死鎖

所謂死鎖,是指多個進程在運行過程中因爭奪資源而造成的一種僵局,當進程處於這種僵持狀態時,若無外力作用,它們都將無法再向前推進。 舉個例子來描述,如果此時有一個線程A,按照先鎖a再獲得鎖b的的順序獲得鎖,而在此同時又有另外一個線程B,按照先鎖b再鎖a的順序獲得鎖。

2 產生死鎖的原因

產生死鎖的原因可歸結為如下兩點:

1)競爭資源

系統中的資源可以分為兩類:

  ①可剝奪資源,是指某進程在獲得這類資源后,該資源可以再被其他進程或系統剝奪,CPU和主存均屬於可剝奪性資源;

  ②另一類資源是不可剝奪資源,當系統把這類資源分配給某進程后,再不能強行收回,只能在進程用完后自行釋放,如磁帶機、打印機等。

產生死鎖中的競爭資源之一指的是競爭不可剝奪資源(例如:系統中只有一台打印機,可供進程P1使用,假定P1已占用了打印機,若P2繼續要求打印機打印將阻塞);

產生死鎖中的競爭資源另外一種資源指的是競爭臨時資源(臨時資源包括硬件中斷、信號、消息、緩沖區內的消息等),通常消息通信順序進行不當,則會產生死鎖。

2)進程間推進順序非法

若P1保持了資源R1,P2保持了資源R2,系統處於不安全狀態,因為這兩個進程再向前推進,便可能發生死鎖。

例如,當P1運行到P1:Request(R2)時,將因R2已被P2占用而阻塞;當P2運行到P2:Request(R1)時,也將因R1已被P1占用而阻塞,於是發生進程死鎖

3 產生死鎖的必要條件

  1)互斥條件:進程要求對所分配的資源進行排它性控制,即在一段時間內某資源僅為一進程所占用。

  2)請求和保持條件:當進程因請求資源而阻塞時,對已獲得的資源保持不放。

  3)不剝奪條件:進程已獲得的資源在未使用完之前,不能剝奪,只能在使用完時由自己釋放。

  4)環路等待條件:在發生死鎖時,必然存在一個進程--資源的環形鏈。

4 解決死鎖的基本方法

1)預防死鎖:

  資源一次性分配:一次性分配所有資源,這樣就不會再有請求了:(破壞請求條件)

  只要有一個資源得不到分配,也不給這個進程分配其他的資源:(破壞請保持條件)

  可剝奪資源:即當某進程獲得了部分資源,但得不到其它資源,則釋放已占有的資源(破壞不可剝奪條件)

  資源有序分配法:系統給每類資源賦予一個編號,每一個進程按編號遞增的順序請求資源,釋放則相反(破壞環路等待條件)

2)避免死鎖:

預防死鎖的幾種策略,會嚴重地損害系統性能。因此在避免死鎖時,要施加較弱的限制,從而獲得 較滿意的系統性能。由於在避免死鎖的策略中,允許進程動態地申請資源。因而,系統在進行資源分配之前預先計算資源分配的安全性。若此次分配不會導致系統進入不安全的狀態,則將資源分配給進程;否則,進程等待。其中最具有代表性的避免死鎖算法是銀行家算法。

銀行家算法:首先需要定義狀態和安全狀態的概念。系統的狀態是當前給進程分配的資源情況。因此,狀態包含兩個向量Resource(系統中每種資源的總量)和Available(未分配給進程的每種資源的總量)及兩個矩陣Claim(表示進程對資源的需求)和Allocation(表示當前分配給進程的資源)。安全狀態是指至少有一個資源分配序列不會導致死鎖。當進程請求一組資源時,假設同意該請求,從而改變了系統的狀態,然后確定其結果是否還處於安全狀態。如果是,同意這個請求;如果不是,阻塞該進程知道同意該請求后系統狀態仍然是安全的。

3)檢測死鎖:

  ①首先為每個進程和每個資源指定一個唯一的號碼;

  ②然后建立資源分配表和進程等待表。

4)解除死鎖:

當發現有進程死鎖后,便應立即把它從死鎖狀態中解脫出來,常采用的方法有:

  ①剝奪資源:從其它進程剝奪足夠數量的資源給死鎖進程,以解除死鎖狀態;

  ②撤消進程:可以直接撤消死鎖進程或撤消代價最小的進程,直至有足夠的資源可用,死鎖狀態.消除為止;所謂代價是指優先級、運行代價、進程的重要性和價值等。

5 死鎖檢測的方法

1、Jstack命令

jstack是java虛擬機自帶的一種堆棧跟蹤工具。jstack用於打印出給定的java進程ID或core file或遠程調試服務的Java堆棧信息。 Jstack工具可以用於生成java虛擬機當前時刻的線程快照。線程快照是當前java虛擬機內每一條線程正在執行的方法堆棧的集合,生成線程快照的主要目的是定位線程出現長時間停頓的原因,如線程間死鎖、死循環、請求外部資源導致的長時間等待等。 線程出現停頓的時候通過jstack來查看各個線程的調用堆棧,就可以知道沒有響應的線程到底在后台做什么事情,或者等待什么資源。

2、JConsole工具

Jconsole是JDK自帶的監控工具,在JDK/bin目錄下可以找到。它用於連接正在運行的本地或者遠程的JVM,對運行在Java應用程序的資源消耗和性能進行監控,並畫出大量的圖表,提供強大的可視化界面。而且本身占用的服務器內存很小,甚至可以說幾乎不消耗。 

參考:https://blog.csdn.net/hd12370/article/details/82814348


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