面试题：并发与同步：复杂场景下死锁检测与恢复策略

Question

假设在一个多线程且资源动态分配的大型系统中，已经发生了死锁。请描述一种高效的死锁检测算法，并说明如何基于该检测结果实现系统的恢复，同时尽量减少对正常业务的影响。

Answer 1

死锁检测算法 - 资源分配图算法

1. 资源分配图：在这个算法中，我们将系统中的每个进程和每个资源类型抽象为节点，而进程对资源的请求以及资源对进程的分配关系抽象为边。具体来说，有两种类型的边：
   • 请求边：从进程节点指向资源节点，表示进程请求该资源。
   • 分配边：从资源节点指向进程节点，表示该资源已经分配给了这个进程。
2. 算法步骤：
   • 化简资源分配图：
     • 寻找一个没有请求边的进程节点（意味着该进程已经获得了它所需要的所有资源）。移除这个进程节点以及它的所有分配边。这相当于模拟该进程完成任务并释放它所占用的资源。
     • 重复上述步骤，直到没有这样的进程节点可移除。
   • 判断死锁：如果在化简过程结束后，仍然存在一些节点（进程或资源）无法移除，那么这些节点就构成了一个死锁环，即发生了死锁。这些无法移除的进程就是处于死锁状态的进程。

基于检测结果的系统恢复

1. 选择牺牲进程：
   • 最小代价原则：选择那些对业务影响最小的进程作为牺牲进程。可以从多个维度来衡量代价，例如：
     • 进程优先级：优先选择低优先级的进程。在系统中，通常会为不同的进程分配不同的优先级，低优先级进程对业务的关键程度相对较低。
     • 进程已运行时间：选择已运行时间较短的进程。因为已运行时间短，意味着它完成的工作量相对较少，回滚它对系统整体进度的影响较小。
     • 进程资源占用量：选择占用资源量少的进程。这样释放的资源相对较少，对其他正常运行进程的资源供应影响较小。
2. 终止牺牲进程：
   • 强制终止：使用操作系统提供的相关函数或接口，如在Linux系统中可以使用kill命令来强制终止进程。这会立即终止进程的执行，并释放它所占用的所有资源。
3. 资源重新分配：
   • 更新资源分配状态：在终止牺牲进程后，系统需要更新资源的分配状态，将之前分配给牺牲进程的资源标记为可用。
   • 重新调度：重新评估系统中其他等待资源的进程的请求，并按照系统的资源分配策略进行资源重新分配。例如，可以采用先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）等策略，以确保资源能够合理地分配给需要的进程，使系统恢复正常运行。