什么是死锁？

曾经终败给现在 2022-11-04 14:22 22阅读 0赞

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本系列分为两部分，第一部分是理论篇，主要讲解死锁的概念；第二部分是实践篇，主要讲如何解决死锁问题。当然，这里的死锁问题默指内核的死锁问题。

## 死锁概念 ##

死锁是指多个进程（线程）因为长久等待已被其他进程占有的的资源而陷入阻塞的一种状态。当等待的资源一直得不到释放，死锁会一直持续下去。死锁一旦发生，程序本身是解决不了的，只能依靠外部力量使得程序恢复运行，例如重启，开门狗复位等。

Linux 提供了检测死锁的机制，主要分为 D 状态死锁和 R 状态死锁。

*  D 状态死锁

进程等待 I/O 资源无法得到满足，长时间（系统默认配置 120 秒）处于 TASK\_UNINTERRUPTIBLE 睡眠状态，这种状态下进程不响应异步信号（包括 kill -9）。如：进程与外设硬件的交互（如 read），通常使用这种状态来保证进程与设备的交互过程不被打断，否则设备可能处于不可控的状态。对于这种死锁的检测 Linux 提供的是 hung task 机制。触发该问题成因比较复杂多样，可能因为 synchronized\_irq、mutex lock、内存不足等。D 状态死锁只是局部多进程间互锁，一般来说只是 hang 机、冻屏，机器某些功能没法使用，但不会导致没喂狗，而被狗咬死。

*  R 状态死锁

进程长时间（系统默认配置 60 秒）处于 TASK\_RUNNING 状态垄断 CPU 而不发生切换，一般情况下是进程关抢占或关中断后长时候执行任务、死循环，此时往往会导致多 CPU 间互锁，整个系统无法正常调度，导致喂狗线程无法执行，无法喂狗而最终看门狗复位的重启。该问题多为原子操作，spinlock 等 CPU 间并发操作处理不当造成。本文所介绍的 Lockdep 死锁检测工具检测的死锁类型就是 R 状态死锁。

常见错误：

1.  AA: 重复上锁
2.  ABBA: 曾经使用 AB 顺序上锁，又使用 BA 上锁
3.  ABBCCA: 这种类型是 ABBA 的扩展。AB 顺序 , AB 顺序，CA 顺序。这种锁人工很难发现。
4.  多次 unlock

## AB-BA 死锁的形成 ##

假设有两处代码（比如不同线程的两个函数 thread\_P 和 thread\_Q）都要获取两个锁（分别为 lockA 和 lockB），如果 thread\_P 持有 lockA 后再去获取 lockB，而此时恰好由 thread\_Q 持有 lockB 且它也正在尝试获取 lockA，那么此时就是处于死锁的状态，这是一个最简单的死锁例子，也即所谓的 AB-BA 死锁。

thread_P()
    {
        ......
        spin_lock(&lockA);
        spin_lock(&lockB);
    
        spin_unlock(&lockA);
        spin_unlock(&lockB);
        ......
    }
    thread_Q()
    {
        ......
        spin_lock(&lockB);
        spin_lock(&lockA);
    
        spin_unlock(&lockB);
        spin_unlock(&lockA);
        ......
    }

下面接合时间轴来观察死锁发生的时机：

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X 轴表示进程 P 执行的时间轴，Y 轴表示进程 Q 执行的时间轴。

这幅图依据两个进程并发时间点不同而给出了 6 种执行线路：

1.  Q 获得 B，然后获得 A；然后释放 B，然后释放 A；此时 P 执行时，它可以获得全部资源
2.  Q 获得 B，然后获得 A；此时 P 执行并阻塞在对 A 的请求上；Q 释放 B 和 A，当 P 恢复执行时，它可以获得全部资源
3.  Q 获得 B，然后 P 执行获得 A；此时 Q 阻塞在对 A 的请求上；P 阻塞在对 B 的请求上，大家都在互相等待各自的资源而死锁
4.  P 获得 A，然后 Q 执行获得 B；此时 P 阻塞在对 B 的请求上；Q 阻塞在对 A 的请求上，大家都在互相等待各自的资源而死锁
5.  P 获得 A，然后获得 B；此时 Q 执行并阻塞在对 B 的请求上；P 释放 A 和 B，当 Q 恢复执行时，它可以获得全部资源
6.  P 获得 A，然后获得 B；然后释放 A，然后释放 B；此时 Q 执行时，它可以获得全部资源

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