面试题：并发与同步：死锁恢复与系统性能的平衡

Question

在死锁恢复过程中，例如终止进程法和资源剥夺法，都会对系统性能产生影响。请分析这两种死锁恢复方法对系统性能的具体影响，如何在恢复死锁的同时尽量减少对系统性能的损害，提出你的策略和思路。

Answer 1

终止进程法对系统性能的影响

1. 已完成工作丢失：终止进程意味着进程之前所做的工作全部丢失，特别是对于那些运行时间较长、处理复杂任务的进程，重新启动该进程并恢复到终止前的状态成本较高，会浪费大量系统资源。
2. 资源释放不均衡：被终止进程可能持有一些临时资源，在终止进程时，这些资源被释放，但可能造成资源分配不均衡。例如，终止一个持有打印机资源的进程，可能导致打印机在一段时间内闲置，而其他进程可能因该打印机资源的突然释放又开始竞争使用，增加了系统资源调度的复杂度。
3. 系统震荡：若连续终止多个进程，可能引发系统震荡，使得系统整体性能大幅下降。其他进程可能因为资源的突然变化，不断调整运行状态，增加了系统开销。

资源剥夺法对系统性能的影响

1. 进程状态保存与恢复开销：在剥夺资源时，需要保存被剥夺资源进程的当前状态，以便后续重新分配资源时进程能够继续执行。这涉及到对进程上下文的保存和恢复，这一过程会消耗 CPU 时间和内存等系统资源。
2. 死锁重现风险：如果资源剥夺的顺序不当，可能会导致死锁再次发生。这就需要额外的检测机制，增加了系统的复杂性和开销。每次资源剥夺后都要重新检测死锁，这对系统性能有一定影响。
3. 进程饥饿：某些进程可能会因为资源不断被剥夺而长期无法获得足够资源继续执行，从而导致进程饥饿现象，降低了这些进程的响应时间和整体系统的公平性。

减少对系统性能损害的策略和思路

1. 选择终止进程的策略
   • 优先级原则：优先终止优先级较低的进程。可以根据进程的类型（如后台进程优先级低于前台交互进程）、进程对系统整体功能的重要性等因素来确定优先级。这样可以最大程度减少对用户体验和系统关键功能的影响。
   • 最小代价原则：评估终止进程所造成的损失，包括已完成工作丢失的代价、重新启动进程的代价等。选择终止那些造成损失最小的进程。例如，对于一些短时间内可以重新启动并快速恢复到终止前状态的进程，可以优先考虑终止。
2. 资源剥夺策略
   • 有序剥夺：制定合理的资源剥夺顺序，尽量避免死锁重现。例如，可以按照资源的层次结构或使用频率来剥夺资源。先剥夺那些使用频率较低或者对系统整体运行影响较小的资源。
   • 限制剥夺次数：为每个进程设定一个资源被剥夺的最大次数，防止进程因过度被剥夺资源而陷入饥饿状态。当达到最大剥夺次数后，可考虑采用其他方式解决死锁，如终止该进程。
   • 资源预分配与检测：在进行资源剥夺前，预先评估剥夺资源后是否会引发新的死锁或其他资源分配问题。可以通过资源分配图算法等方式进行检测，只有在确保安全的情况下才进行资源剥夺。
3. 通用策略
   • 日志与恢复：对进程的重要操作和资源分配情况进行日志记录。这样在终止进程或剥夺资源后，能够快速恢复进程到之前的状态，减少重新执行相同工作的开销。
   • 死锁预防与检测结合：加强死锁预防机制，从根源上减少死锁发生的可能性。同时优化死锁检测算法，降低死锁检测的频率和开销。例如，采用定时检测和事件触发检测相结合的方式，只有在系统资源分配发生重大变化时才进行死锁检测，避免频繁检测对系统性能的影响。