面试题：C语言Linux多线程资源管理的死锁场景及解决

Question

请描述一个在Linux C语言多线程编程中可能出现死锁的场景，并说明如何通过资源分配图算法或者其他方式来检测和避免死锁。假设存在多个线程竞争多个不同类型的资源，每个线程需要获取多个资源才能执行任务。

Answer 1

可能出现死锁的场景

假设有两个线程 Thread A 和 Thread B，以及两种资源 Resource X 和 Resource Y。

• Thread A 先获取 Resource X，然后尝试获取 Resource Y。
• Thread B 先获取 Resource Y，然后尝试获取 Resource X。 此时，如果 Thread A 持有 Resource X 且未释放，Thread B 持有 Resource Y 且未释放，双方都在等待对方释放自己所需的资源，就会发生死锁。

通过资源分配图算法检测死锁

1. 资源分配图的构建：
   • 每个线程作为一个节点（用圆表示）。
   • 每个资源类型作为一个节点（用方框表示，方框内的小点表示该资源类型的实例数）。
   • 从线程到资源的边表示线程请求该资源（请求边）。
   • 从资源到线程的边表示资源已分配给该线程（分配边）。
2. 算法步骤：
   • 寻找一个没有请求边的线程节点（即该线程已获得所有所需资源）。
   • 移除该线程节点及其所有分配边，这相当于该线程完成任务并释放资源。
   • 重复上述步骤，如果最终能移除所有线程节点，则系统无死锁；否则，存在死锁。

避免死锁的方法

1. 资源分配顺序法：
   • 为所有资源类型定义一个全局的排序。
   • 每个线程按照这个顺序请求资源，例如先请求资源 A，再请求资源 B，最后请求资源 C。这样就不会出现循环等待的情况，从而避免死锁。
2. 银行家算法：
   • 系统需要知道每个线程对每种资源的最大需求量（Max）、当前已分配的资源量（Allocation）以及系统当前可用的资源量（Available）。
   • 当一个线程请求资源时，系统检查该请求是否会导致系统进入不安全状态。如果不会，才分配资源；否则拒绝请求。具体步骤如下：
     • 假设分配资源给请求线程，更新 Available、Allocation 矩阵。
     • 检查是否存在一个安全序列，即是否能找到一种线程执行顺序，使得每个线程都能获取所需资源并完成任务，释放其占有的资源。如果存在，则分配是安全的；否则拒绝请求。