面试题：并发与同步：分布式系统中死锁在跨节点资源竞争场景下的表现形式

Question

在一个分布式系统中，不同节点上的进程需要竞争多个共享资源。节点之间通过网络进行通信，使用基于时间戳的分布式锁机制。请详细说明可能出现死锁的条件，以及死锁发生时整个系统的状态变化，包括网络通信、资源分配等方面。

Answer 1

可能出现死锁的条件

1. 资源互斥：共享资源在同一时刻只能被一个进程使用，即这些共享资源具有排他性。例如，打印机资源在某一时刻只能被一个进程占用进行打印任务。
2. 占有并等待：进程已经占有了一些资源，同时又在等待获取其他进程所占有的资源。比如，进程A已经获取了资源R1，同时又请求资源R2，而资源R2此时被进程B占有。
3. 不可剥夺：进程所占有的资源在其未主动释放之前，不能被其他进程强行剥夺。例如，进程B获取的资源R2，在进程B没有完成任务并主动释放R2之前，其他进程不能强行获取R2。
4. 循环等待：存在一组进程，每个进程都在等待下一个进程所占有的资源，形成一个循环等待链。例如，进程A等待进程B所占有的资源R2，进程B等待进程C所占有的资源R3，而进程C又等待进程A所占有的资源R1。

死锁发生时整个系统的状态变化

1. 网络通信
   • 通信量异常：节点之间为了获取资源可能持续发送请求消息，导致网络通信量急剧增加。因为各个进程不断尝试获取被其他进程占有的资源，不断重复发送资源请求消息。
   • 消息阻塞：大量的资源请求和响应消息在网络中传输，可能导致网络拥塞，消息传输延迟甚至阻塞。这会进一步影响节点之间正常的协调和资源分配机制。
   • 通信死循环：在死锁状态下，节点之间的通信可能陷入一种死循环。例如，进程A向进程B发送获取资源R2的请求，进程B因为等待进程C的资源无法响应进程A，而进程C又等待进程A的资源，这样就会形成通信死循环，不断地重复发送和等待消息。
2. 资源分配
   • 资源停滞：共享资源被占有进程锁定，但这些进程因为死锁无法继续推进，导致资源一直处于被占用但未有效使用的停滞状态。例如，资源R1被进程A锁定，进程A因等待资源R2无法释放R1，而其他进程也无法获取R1，R1就一直处于闲置占用状态。
   • 资源分配混乱：由于死锁的存在，基于时间戳的分布式锁机制可能无法正常工作，导致资源分配策略失效。可能出现多个进程都认为自己可以获取资源的情况，进一步加剧系统混乱。
   • 资源浪费：死锁发生后，被占用的资源不能被有效利用，造成了资源的浪费。同时，系统为了处理死锁，可能需要额外的资源开销，如进行死锁检测和恢复操作等，进一步加重了资源浪费。