Linux系統(tǒng)進(jìn)程管理介紹(4)

　　死鎖的避免

　　死鎖出現(xiàn)有4個(gè)必要條件：

　　1.互斥： 資源只能同時(shí)被一個(gè)進(jìn)程使用

　　2.占有且等待： 一個(gè)進(jìn)程在等待別的資源的時(shí)候， 將繼續(xù)占有其擁有的資源

　　3.非搶占： 不能強(qiáng)行搶占別人占有的資源

　　4.循環(huán)等待： 在滿足如上3個(gè)條件的情況下， 出現(xiàn)循環(huán)等待即出現(xiàn)死鎖

　　要避免死鎖也是從這4個(gè)條件上下手：

　　1.互斥： 這個(gè)是為了資源功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)， 無法避免

　　2.占有且等待： 讓進(jìn)程一開始就申請(qǐng)所有資源才能運(yùn)行。問題是效率低下， 進(jìn)程可能要等待很長(zhǎng)時(shí)間， 資源可能被控制很長(zhǎng)時(shí)間， 程序也需要最開始就知道需要使用哪些資源;

　　3.非搶占： 根據(jù)進(jìn)程優(yōu)先級(jí)讓申請(qǐng)資源的進(jìn)程釋放自己之前擁有的資源或者搶占別的進(jìn)程的資源， 靠譜， 唯一的問題在于資源的使用不一定有那么容易的保存和恢復(fù)（很多硬件不像處理器那樣可以隨意切換使用進(jìn)程的）

　　4.循環(huán)等待： 給資源定義一個(gè)序列， 進(jìn)程只能按照序列申請(qǐng)資源， 會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程執(zhí)行效率大大降低， 所以主流做法是如下兩種

　　如上幾種避免辦法都有各種各樣的問題， 所以一般不采用， 現(xiàn)在采用最多的方案還是從第4點(diǎn)出發(fā)， 只不過不預(yù)先避免， 而是動(dòng)態(tài)探測(cè)：

　　1.如果一個(gè)進(jìn)程啟動(dòng)或者新增資源需求會(huì)導(dǎo)致死鎖， 則不允許此分配

　　典型的算法如銀行家算法， 此方法的弊端是需要知道一個(gè)進(jìn)程將來所需要占用的資源

　　2.允許所有請(qǐng)求， 周期性的進(jìn)行檢測(cè)死鎖

　　動(dòng)態(tài)檢測(cè)， 運(yùn)行效率高， 但是如果出現(xiàn)死鎖頻率比較高， 則系統(tǒng)運(yùn)行效率會(huì)比較低。

　　綜合所有的死鎖避免的方法的對(duì)比如下：

　　編程界面

　　多進(jìn)程之間的互斥與同步方案有了如上提到的系列硬件支持之后， 就需要考慮操作系統(tǒng)對(duì)有并發(fā)編程的程序員們提供的編程界面了。

　　信號(hào)量

　　信號(hào)量是在內(nèi)存中維護(hù)了一個(gè)int， 每次操作對(duì)該int進(jìn)行++或者--。

　　對(duì)操作者提供了兩個(gè)接口：

　　1.semWait

　　該接口檢查int值， 如果該值大于0， 就將該值--， 并進(jìn)入臨界區(qū); 否則就阻塞檢測(cè)該值知道大于0;

　　2.semSignal

　　該接口將int值++， 并通知受阻的所有進(jìn)程。通知哪個(gè)進(jìn)程有的采用FIFO策略， 有的采用隨機(jī)策略。

　　管程

　　信號(hào)量的方式比較靈活， 讓程序員可以任意控制臨界區(qū)以及交互設(shè)計(jì)， 大部分現(xiàn)在程序也都采用了類似的方案， 這是一個(gè)相對(duì)底層但是功能強(qiáng)大的方案。

　　但是有人提出了信號(hào)量的操作分散， 在模塊中任何位置都可能出現(xiàn)， 造成程序編寫和維護(hù)困難， 也容易出bug， 所以在70年代， 有人提出了管程的概念， 筆者在實(shí)際工作中尚未使用管程來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間互斥和同步。

　　管程底層跟信號(hào)量類似， 只是他把所有加鎖解鎖的邏輯全部封裝在一個(gè)類里面， 所有關(guān)于該臨界資源的操作都在這個(gè)類中以函數(shù)的方式呈現(xiàn)， 除了這個(gè)類之外其他任何地方都看不到鎖。這樣就實(shí)現(xiàn)了鎖相關(guān)邏輯集中在一個(gè)地方。

　　在一個(gè)類里面可以有多把鎖， 跟信號(hào)量類似， 針對(duì)每把鎖， 在該類的函數(shù)里可以用類似semWait和semSignal的接口等待該鎖或者釋放該鎖。