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面试题:C语言中Linux互斥锁死锁预防之基础原理

在Linux环境下使用C语言编程时,阐述互斥锁产生死锁的常见原因,以及预防死锁的一般性策略。
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编程语言C

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互斥锁产生死锁的常见原因

  1. 循环等待:多个线程或进程相互等待对方持有的锁,形成一个循环依赖。例如,线程A持有锁1并等待锁2,线程B持有锁2并等待锁1,这就导致了死锁。
  2. 加锁顺序不一致:不同的代码路径以不同的顺序获取锁。比如,在一部分代码中先获取锁A再获取锁B,而在另一部分代码中先获取锁B再获取锁A。如果两个线程分别按照这两种不同顺序获取锁,就可能造成死锁。
  3. 锁的资源分配不当:没有合理规划锁所保护的资源范围,可能导致某些资源长时间被占用,其他需要该资源的线程无法获取锁,进而导致死锁。
  4. 未释放锁:线程在持有锁的情况下异常退出或者因为某些原因没有释放锁,其他线程尝试获取该锁时就会陷入死锁。

预防死锁的一般性策略

  1. 破坏循环等待条件:对所有的锁分配一个全局的唯一编号,所有线程按照编号从小到大的顺序获取锁。这样就避免了形成循环等待的情况。例如,假设有锁A(编号1)、锁B(编号2),所有线程都必须先获取锁A再获取锁B。
  2. 统一加锁顺序:在整个程序中制定并遵循一个固定的加锁顺序。无论在什么情况下,获取多个锁时都按照这个顺序进行,避免因加锁顺序不一致导致死锁。
  3. 资源分配图算法:通过资源分配图算法(如银行家算法)来检测和避免死锁。该算法通过对资源的请求和分配进行动态检测,确保系统始终处于安全状态,不会发生死锁。
  4. 使用超时机制:在获取锁时设置一个超时时间,如果在规定时间内没有获取到锁,就放弃获取并进行相应处理(例如,释放已经获取的其他锁,然后重新尝试获取所有锁)。这样可以避免线程无限期等待锁。
  5. 定期释放锁:对于长时间持有锁的线程,可以定期释放锁,处理一些其他任务后再重新获取锁。这样可以减少资源长时间被占用的情况,降低死锁风险。
  6. 异常处理:在获取锁和使用锁的过程中,添加适当的异常处理机制。当发生异常时,确保已经获取的锁能够被正确释放,防止因异常导致锁未释放而引发死锁。