什麼是僵局？您如何防止C中的死鎖？

什麼是僵局？您如何防止C中的死鎖？

僵局是並發系統中兩個或多個過程或線程無法進行的情況，因為每個過程都在等待另一個過程發布資源。在C中，僵局通常是由於多線程中鎖和靜音的錯誤處理而發生的。

要了解僵局，考慮到僵局必須存在的四個條件，即科夫曼條件，這是有用的：

1. 相互排除：至少一種資源必須不可共享。在任何給定時間，只有一個過程可以使用資源。
2. 保持和等待：一個過程必須持有至少一個資源，並等待獲得其他流程當前持有的其他資源。
3. 沒有先發製人：無法從過程中剝奪資源；它們必須由持有它們的過程自願釋放。
4. 循環等待：兩個或多個過程的圓形鏈，每個鏈條等待鏈的下一個成員持有的資源。

為了防止C中的死鎖，您可以採用幾種策略：

1. 迴避：使用諸如銀行家的算法之類的算法來確保系統永遠不會進入不安全的狀態，在那裡可能發生僵局。這涉及在批准請求之前檢查資源分配，以確保系統始終達到所有流程可以完成的狀態。

2. 預防：打破四個科夫曼條件之一。常見方法包括：

   • 資源訂購：為所有資源分配唯一的訂單，並要求流程以該順序請求資源。這打破了循環等待狀態。
   • 避免保持和等待：要求流程一次要求所有需要的資源，以防止他們在等待其他資源時持有一些資源。
   • 先發製人：允許將資源從一個過程中強行獲取，並賦予另一個需要更緊急需要的資源。
   • 沒有相互排除：設計系統以便可以共享資源，儘管對於某些類型的資源通常是不切實際的。
3. 檢測和恢復：實施機制來檢測死鎖並從中恢復。這涉及定期檢查僵局，如果發現，則採取了諸如中止一個或多個流程或搶占資源之類的行動。
4. 超時：在資源請求上實現超時。如果在一定時間內無法滿足請求，則該請求會回滾，然後該過程稍後重新審查。
5. 無鎖編程：使用無鎖的數據結構和算法，以避免完全需要鎖，儘管這可能很複雜且容易出錯。

通過理解和應用這些策略，開發人員可以大大減少C應用中僵局的可能性。

C編程中僵局的常見原因是什麼？

C編程中的僵局通常是由於對共享資源和同步機制的管理不當而引起的。這是一些常見原因：

1. 嵌套鎖：當線程以嵌套方式獲取多個鎖時，如果不同的線程以不同的訂單獲取這些鎖，則可能導致死鎖。例如，如果螺紋a鎖定二線靜音1，然後將靜音2鎖定，而螺紋B鎖定了靜音2，然後將MUTEX1鎖定，則可能會發生僵局。
2. 循環等待：這發生在兩個或多個線程形成一個週期時，每個線程都在等待週期中另一個線程持有的資源。這是前面提到的循環等待條件的直接結果。
3. 資源飢餓：當線程長時間存放資源時，等待該資源的其他線程可能無法進行，從而導致潛在的僵局。
4. 鎖定釋放不當：如果線程由於異常或錯誤而無法釋放鎖，其他等待該鎖的線程將被卡住，可能會造成僵局。
5. 致命擁抱：一種特定類型的循環等待，每個線程每個線程都有對方需要的資源。這是數據庫交易中的常見情況，其中兩個交易鎖定了不同的行，然後嘗試鎖定對方的行。
6. 缺乏超時機制：如果沒有超時，則無限期等待資源的線程可能會導致僵局，如果資源從未發布。

了解這些常見原因可以幫助開發人員設計其C應用，以避免這些陷阱並實施強大的同步機制。

您如何在C應用程序中檢測到僵局？

在C應用程序中檢測僵局涉及監視線程和資源的狀態。以下是一些檢測僵局的方法：

1. 資源分配圖：創建一個圖形，其中節點表示過程和資源，而邊緣表示資源請求和分配。該圖中的一個週期表示潛在的僵局。可以通過編程實現此方法以定期檢查週期。
2. 僵局檢測算法：實現算法，例如Wait-For Graph Algorithm，它是資源分配圖的簡化版本，僅顯示過程及其等待關係。該圖中的一個週期表示僵局。
3. 超時和心跳：在資源請求上使用超時並實施心跳機制來監視線程的健康。如果線程在一定時間內沒有響應，則可能會陷入僵局。
4. 記錄和監視：實施資源請求和發行版​​的詳細記錄。通過分析這些日誌，您可以識別指示死鎖的模式。監視工具還可以用於實時跟踪線程和資源的狀態。
5. 第三方工具：使用專用工具，例如Intel Inspector或Valgrind的DRD（線程錯誤檢測器）來檢測死鎖。這些工具可以分析程序的執行並確定潛在的僵局。
6. 手動檢查：在較小的應用程序中，手動審查代碼和鎖定的順序可以幫助識別潛在的僵局。對於大型系統而言，這不太實際，但在開發過程中可能有用。

通過實施這些檢測方法，開發人員可以在其C應用中識別僵局，並採取適當的措施來解決它們。

一旦在C中發生僵局，可以使用哪些策略來解決僵局？

一旦在C應用中檢測到僵局，就可以採用幾種策略來解決它：

1. 過程終止：中止一個或多個僵局。這可以通過兩種方式完成：

   • 中止所有僵局的過程：這是一種簡單但劇烈的方法，可確保解決僵局的解決，但可能會導致大量工作損失。
   • 一次中止一個過程，直到解決僵局：這種方法更保守，並試圖最大程度地減少對系統的影響。

2. 資源先發製人：暫時將資源從一個或多個過程中刪除，並將其分配給其他過程以打破僵局。這涉及：

   • 選擇受害者：選擇哪個過程可以搶占資源，通常是基於優先級，系統所花費的因素或已經完成的工作量。
   • 回滾：在搶占資源之後，可能需要將受影響的過程卷回一個安全的狀態，在該狀態下它可以繼續執行而不會造成進一步的僵局。
   • 飢餓：要謹慎反复搶占相同的過程，這可能導致飢餓。
3. 超時和重試：在資源請求上實現超時。如果請求耗盡，則該過程可以釋放所有持有的資源並稍後重試操作。這種方法可以通過允許過程退縮並重試，可以打破死鎖。
4. 手動干預：在某些情況下，尤其是在開發或測試環境中，可能需要手動干預。這可能涉及停止申請，分析國家並手動解決僵局。
5. 重新設計和重構：如果僵局頻繁，則可能有必要重新設計應用程序的並發模型。這可能涉及使用不同的同步原始圖或實現無鎖定算法更改鎖定採集的順序。

通過應用這些策略，開發人員可以在C應用中有效解決僵局，並確保其軟件的平穩操作。

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