【Linux】【进程】死锁

死锁多个线程/进程之间并行执行 竞争访问共享资源 添加互斥锁但是由于互斥锁设计不当，导致多个线程或进程形成了“相互等待”的关系。

1. 死锁产生的必要条件

互斥条件
- 多个线程不能同时使用同一个资源。
持有并等待
- 线程或进程至少持有一个资源，并且在等待获取其他被其他线程或进程占用的资源。
不可剥夺
- 已分配的资源在未使用完之前，不能被强制剥夺，只能由占有该资源的线程或进程主动释放。
环路等待
- 存在一个线程或进程的环形链，每个线程/进程都在等待链中下一个线程/进程所持有的资源。

只有同时满足这四个条件时，死锁才可能发生。

2. 死锁的产生原因

在 Linux 进程或多线程程序中，常见的死锁产生原因包括：

资源获取顺序不一致
当多个线程或进程在申请多个资源时，如果获取资源的顺序不一致，容易形成环路等待（循环等待）。例如，线程 A 先获取资源 1，再等待资源 2；而线程 B 先获取资源 2，再等待资源 1，就会产生死锁。
长时间持有锁
如果某个线程在持有锁后执行了耗时操作，其他等待该锁的线程可能会长时间阻塞，增加形成死锁的风险。
嵌套锁和递归锁
当多个锁之间存在嵌套依赖关系时，如果设计不当，容易出现循环等待。
不当使用条件变量
使用条件变量时，如果等待和通知机制设计不合理，也可能导致某些线程永远等待，从而形成死锁。

3. 如何预防和避免死锁

为了避免死锁，可以采用以下策略：

资源获取顺序统一
- 规定所有线程或进程必须按照相同的顺序申请资源，从而避免环路等待（循环等待）。
使用定时锁尝试机制
- 使用带超时机制的锁（如 pthread_mutex_timedlock），在获取锁失败后释放已持有的资源，并重试。
减少锁的持有时间
- 尽量缩短持有锁的时间，避免在持有锁期间执行耗时操作。
死锁检测与恢复
- 部分系统可以实现死锁检测机制，在发现死锁时终止其中一个或多个线程来恢复系统。

4. 示例代码

下面是一个简单的死锁示例，展示了由于资源获取顺序不一致而导致死锁的情况：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>std::mutex mutex1;
std::mutex mutex2;void threadFunc1() {std::lock_guard<std::mutex> lock1(mutex1);std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); // 模拟操作耗时std::lock_guard<std::mutex> lock2(mutex2);std::cout << "Thread 1 acquired both locks." << std::endl;
}void threadFunc2() {std::lock_guard<std::mutex> lock2(mutex2);std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); // 模拟操作耗时std::lock_guard<std::mutex> lock1(mutex1);std::cout << "Thread 2 acquired both locks." << std::endl;
}int main() {std::thread t1(threadFunc1);std::thread t2(threadFunc2);t1.join();t2.join();return 0;
}

分析：

线程 1：先获取 mutex1，然后等待获取 mutex2。
线程 2：先获取 mutex2，然后等待获取 mutex1。
两个线程之间形成了循环等待，最终导致死锁。

5. 解决死锁的示例

为了解决上述死锁问题，可以统一资源申请顺序。例如，让两个线程都按照相同的顺序（先获取 mutex1 再获取 mutex2）申请锁：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>std::mutex mutex1;
std::mutex mutex2;void safeThreadFunc() {std::lock_guard<std::mutex> lock1(mutex1);std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); // 模拟操作耗时std::lock_guard<std::mutex> lock2(mutex2);std::cout << "Thread acquired both locks safely." << std::endl;
}int main() {std::thread t1(safeThreadFunc);std::thread t2(safeThreadFunc);t1.join();t2.join();return 0;
}