面试题：并发与同步：操作系统中死锁对内存管理的影响机制

Question

请阐述在操作系统并发环境下，死锁发生时，是如何与内存管理产生交互的，特别是死锁进程所占用的内存资源会有怎样的变化？

Answer 1

死锁与内存管理的交互

1. 死锁概述：死锁是指多个进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，这些进程都将无法推进。
2. 死锁与内存管理交互点
   • 资源请求导致死锁关联内存管理：进程请求内存资源时，若分配策略不当，可能导致死锁。例如，进程A请求额外的内存空间用于数据处理，进程B也请求内存空间，若系统内存资源紧张，且分配算法不能合理协调，可能使得A和B互相等待对方释放内存，从而引发死锁。
   • 内存映射和虚拟内存机制中的死锁隐患：在虚拟内存系统中，进程的虚拟地址空间需要映射到物理内存。如果在地址映射过程中，由于内存不足或映射表操作不当，可能导致死锁。比如，进程A等待将部分虚拟内存页调入物理内存，而该物理内存页正被进程B占用，且进程B又在等待进程A释放其他资源，这就可能造成死锁。

死锁进程所占用内存资源变化

1. 正常情况与死锁对比
   • 正常运行时：进程占用的内存资源随着进程执行正常变化，如动态分配内存用于变量存储、数据结构创建等，使用完毕后会释放这些内存供其他进程使用。
   • 死锁发生后：死锁进程所占用的内存资源处于一种僵持状态。从系统角度看，这些内存资源虽然被死锁进程占用，但进程无法继续推进释放这些资源，其他进程也不能获取这些内存，造成内存资源的浪费。
2. 操作系统处理死锁时内存资源变化
   • 检测到死锁后：
     • 终止进程：若操作系统选择终止死锁进程来解除死锁，被终止的死锁进程所占用的内存资源将被操作系统回收。例如，通过操作系统的内存管理模块，将死锁进程的堆空间、栈空间等占用的内存标记为空闲，重新加入到系统的可用内存池，供其他进程申请使用。
     • 资源剥夺：有些操作系统会采用资源剥夺的方式，尝试从死锁进程中剥夺部分内存资源给其他可运行的进程。这可能涉及复杂的内存迁移和重新映射操作，将死锁进程占用的部分内存页转移到其他位置，释放出部分内存供急需的进程使用。但这种操作可能对死锁进程后续恢复运行造成影响，通常在死锁进程无法恢复运行的情况下采用。