面试题：并发与同步：死锁的常见场景及预防方法

Question

请描述至少两种操作系统中可能出现死锁的常见场景，并阐述针对每种场景的死锁预防方法。

Answer 1

场景一：资源竞争

1. 场景描述：多个进程竞争有限的资源，例如打印机、磁带机等独占资源。假设进程A持有资源R1并请求资源R2，而进程B持有资源R2并请求资源R1，此时双方都在等待对方释放自己所需的资源，从而导致死锁。
2. 预防方法：
   • 资源分配图算法（如银行家算法）：系统在进行资源分配前，先检查此次分配是否会导致系统进入不安全状态。如果会进入不安全状态，则不进行分配。这样可以确保系统始终处于安全状态，避免死锁。
   • 资源分配策略调整：采用资源分配的有序化策略，为所有资源类型分配一个唯一的编号。进程请求资源时，必须按照资源编号的升序顺序进行请求。例如，进程若先请求了编号较低的资源R1，之后只能请求编号大于R1的资源，如R2等，以此避免循环等待。

场景二：信号量使用不当

1. 场景描述：在多线程编程中，使用信号量进行线程同步时，如果信号量的初始化、获取和释放操作顺序不合理，可能会导致死锁。例如，线程T1获取信号量S1后，试图获取信号量S2，而线程T2获取信号量S2后，试图获取信号量S1，形成循环等待。
2. 预防方法：
   • 固定信号量获取顺序：规定所有线程获取信号量的顺序。比如，所有线程都先获取信号量S1，再获取信号量S2，这样可避免循环等待造成的死锁。
   • 避免嵌套获取信号量：尽量减少线程在持有一个信号量的情况下，再去获取另一个信号量的操作。若确实需要嵌套获取，仔细设计逻辑以确保获取顺序的一致性，并在异常情况下正确释放已获取的信号量。