资源

死锁定义

多个进程各自占有不可抢占独占资源，同时互相等待对方持有的资源，双方都不释放已有资源、永久阻塞，这种循环等待状态就是死锁（deadlock）；跨机器、数据库场景都会出现死锁。

资源分类（核心两类）

1. 可抢占资源

   系统可强制从进程手中收回，无严重故障，如内存；即使产生冲突也容易化解死锁。

2. 不可抢占资源

   进程占用后除非主动释放 / 异常，否则不能被抢夺，如打印机、光驱；死锁大多发生在这类资源，处理难度更高。

资源完整生命周期

请求资源 → 使用资源 → 释放资源

资源访问实现：信号量 / 互斥锁

1. 互斥锁 Mutex：保证资源同一时间仅一个线程访问，使用前加锁、用完解锁。

2. 二元信号量（初值 = 1）

   ：实现独占资源管控

   • down()（P 操作）：申请资源，信号量为 0 则进程阻塞；成功则信号量 - 1；
   • up()（V 操作）：释放资源，信号量 + 1，唤醒等待该资源的阻塞进程。

死锁高发场景：不可抢占独占资源、多进程并发、资源获取顺序相反；

单进程无竞争，不存在死锁；

规避死锁最简单方案：统一所有进程获取资源的先后顺序，消除循环等待条件；

可抢占资源死锁易解决，不可抢占资源死锁只能靠外部干预（手动释放资源、重启进程）解除。

死锁

死锁定义

一组进程互相等待对方释放独占资源，所有进程永久阻塞、无法推进，该状态称为死锁（资源死锁是最常见类型）。

简单场景：进程 A 占 R1 等 R2，进程 B 占 R2 等 R1，互相僵持，无进程能释放资源。

资源死锁4条件

资源死锁四大必要条件（必须同时满足才会死锁，破坏任意一条即可避免）

互斥条件

资源同一时刻仅能被一个进程占用，资源具备独占性（例：打印机）。

占有且等待（保持和等待）

进程已持有部分资源，不释放已有资源，同时申请新资源。

不可抢占条件

资源只能由持有者主动释放，系统不能强制抢夺资源。

循环等待条件

存在环形等待链：P1 等 P2 资源、P2 等 P3 资源…… 最后一个进程等待 P1 的资源，形成闭环

死锁模型

圆形：进程；方形：资源

资源→进程箭头：该资源已分配给这个进程

进程→资源箭头：进程阻塞，正在请求该资源

资源分配图中存在完整环路，则系统发生死锁；无环路则无死锁。

处理死锁的策略

策略 1：忽略死锁（鸵鸟算法）

适用场景：小型 / 嵌入式系统，死锁概率极低、后果轻微；

缺点：大型、关键业务系统不可用，死锁会引发严重故障。

策略 2：死锁检测 + 恢复（事后处理）

1. 运行时持续跟踪资源分配、进程等待关系，检测死锁环路；

2. 死锁出现后恢复手段：抢占资源、回滚进程事务、重启系统 / 进程；

策略 3：静态预防 —— 破坏四大必要条件之一（事前杜绝死锁）

策略 4：动态避免（运行时预判，代表：银行家算法）

进程申请资源时，系统预判分配后系统是否处于安全状态（存在完整执行序列，所有进程能顺利完成）；

若分配后不安全，则拒绝本次资源申请，从源头阻止死锁产生。

鸵鸟算法

鸵鸟算法是处理死锁最简单、但风险最高的策略，核心思想是逃避问题：假设死锁发生概率极低，系统不做任何检测、预防、恢复操作，假装死锁不存在，放任系统自行运行。名称来源于鸵鸟遇危险埋头沙中、无视风险的行为。

死锁检测和恢复

死锁检测与恢复属于事后处理方案，和死锁预防 / 避免不同：它不阻止死锁发生，允许死锁出现，系统定时 / 实时检测到死锁后，执行恢复操作解除死锁。

检测基础：资源分配表模型

系统维护 4 类核心数据向量 / 矩阵：

1. 现有资源向量 E：系统每种资源总数量
2. 可用资源向量 A：当前空闲未分配的资源
3. 分配矩阵 C：******]代表进程 Pn 当前占用 m 类资源的数量
4. 请求矩阵 R：R[n][m]代表进程 Pn 还需要申请的 m 类资源数量

即时检测

• 触发条件：每次进程发起资源请求时立刻执行检测
• 优点：死锁发现及时，快速处理
• 缺点：频繁触发会大量消耗 CPU，高并发场景严重降低系统性能

定期检测

• 触发条件：固定时间间隔 / CPU 利用率低于阈值（空闲资源多）时执行
• 优点：平衡性能与检测及时性，低负载时检测几乎不影响业务

检测算法原理

1. 初始所有进程标记为未标记；
2. 遍历进程：若当前可用资源能满足该进程全部请求，则标记该进程，释放它持有的资源到可用资源；
3. 循环执行，直到无新进程可标记；
4. 最终未被标记的进程，全部处于死锁状态。

抢占资源恢复 操作逻辑：系统强制剥夺死锁进程持有的资源，分配给等待资源的进程；任务完成后归还资源

进程回滚恢复 前置准备：提前设置检查点，定期保存进程快照（内存、变量、资源占用状态），独立存储多个时间点快照；

恢复流程：检测死锁后，将死锁进程回滚至最近检查点；此时进程未持有形成死锁的资源，系统重新分配资源打破循环等待；

死锁避免

银行家算法

破坏死锁

也就是破坏4个条件里面任意一个就行

破坏条件	实现方法	优点	主要缺陷
互斥	假脱机缓冲	适配打印类独占设备	硬件资源无法共享，缓冲区次生死锁
保持等待	一次性申请全部资源	理论无死锁	资源利用率极低，需求预判困难
不可抢占	虚拟化动态抢占	资源可回收复用	易破坏数据完整性，事务场景禁用
循环等待	资源全局编号顺序申请	实现简单、性能损耗小	低频资源强制申请，浪费系统资源

其他

加锁阶段（增长阶段）：事务一次性申请所有需要的记录锁；若任意记录被占用，释放当前已获取全部锁，重新重试。

释放阶段（收缩阶段）：所有锁全部获取成功后，执行业务更新，完成后统一释放所有锁；释放锁后不再申请任何新锁。

类型	进程状态	核心特征	产生根源
死锁	阻塞休眠	多进程循环等待对方资源，完全停滞	同时满足死锁四大必要条件
活锁	持续运行、占用 CPU	进程反复释放、重试获取锁，无推进	无随机等待，同步礼让重试
饥饿	就绪等待	单个进程长期抢不到资源，持续被插队	不公平的资源调度策略