面试题：并发与同步：死锁预防策略在分布式系统中的挑战与应对

Question

在分布式操作系统环境下，传统的死锁预防策略面临诸多挑战。请分析这些挑战主要体现在哪些方面，并阐述如何针对这些挑战改进或设计新的死锁预防策略。

Answer 1

传统死锁预防策略在分布式操作系统环境下的挑战

1. 资源管理分散：分布式系统中资源分散在不同节点，不像集中式系统能统一管理。传统死锁预防策略依赖全局资源信息，在分布式环境难以获取实时、准确的全部资源状态，导致策略实施困难。
2. 网络延迟与故障：网络延迟会造成各节点间信息交互不及时，影响死锁预防算法执行。同时，网络故障可能导致部分节点失联，使基于节点间协作的死锁预防策略无法正常工作。
3. 节点自治性：分布式系统各节点具有高度自治性，可能会优先满足本地任务需求，而忽视全局死锁预防要求，难以协调各节点遵循统一死锁预防策略。
4. 缺乏全局时钟：分布式系统通常没有全局统一时钟，传统依赖时钟同步的死锁预防算法（如时间戳算法）难以有效实施，因为各节点时间可能不一致，影响算法判定。

改进或设计新死锁预防策略

1. 分布式资源管理：采用分布式资源分配算法，每个节点维护本地资源信息，并与相邻节点定期交换资源状态。如使用分布式哈希表（DHT）来管理资源，各节点通过DHT快速定位资源，实现资源的合理分配，减少死锁发生可能性。
2. 容错机制：设计具有容错能力的死锁预防算法，比如基于副本的方法，对关键资源创建副本，当某个节点或链路故障时，仍能保证资源分配和死锁预防机制正常运行。同时，算法应能适应网络延迟，采用异步通信方式，减少因等待响应造成的死锁隐患。
3. 节点协作激励：建立激励机制促使各节点积极参与全局死锁预防。例如，给予积极协作节点更多资源分配优先权，或对不协作节点进行资源限制，以此协调各节点行为，遵循统一死锁预防策略。
4. 逻辑时钟：引入逻辑时钟替代全局物理时钟，如Lamport时间戳。各节点通过消息传递更新逻辑时钟，以此作为时间排序依据，用于死锁检测和预防算法，确保在无全局时钟情况下，算法能正确判断任务执行顺序，避免死锁。