1、进程 & 线程

1.1、联系与区别

1.2、线程崩溃

线程“崩溃”时触发 segment fault 信号

系统的默认处理方式是终结该线程所在的进程，也可屏蔽信号。

• 不屏蔽信号：操作系统终止该线程所在的进程。
• 屏蔽信号：由线程的崩溃位置决定
  • 线程独占区：不影响其它线程。
  • 线程共享区：会的

Java 线程崩溃，JVM 自动释放相关的资源，不会导致进程崩溃。

1.3、线程状态

• OS 层面：初始、可运行、运行、阻塞、终止。

  

• Java Thread API：NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED

  

2、锁的活跃性

• 死锁：多个进程在竞争资源或彼此通信而造成的阻塞。
• 饥饿：某个进程一直得不到资源。

2.1、资源类型

分类标准：可重用、可抢占。

2.1.1、重用性

• 可重用资源（永久）
  • 可被多个进程多次使用（如硬件）。
  • 一次只能分配给一个进程使用，其它线程必须等待资源释放。
  • 数目：固定，进程无法创建或删除。
  • 使用顺序：请求资源、使用资源、释放资源。
• 消耗性资源（临时）
  • 进程在运行期间动态的创建和消耗。
  • 数目：进程运行期间是可以不断变化（0 或多个）。
  • 典例：进程间通信的消息。
    • 创建：通常由生产者进程创建，放入该资源类的缓冲区。
    • 消耗：通常由消费者进程消耗，进程可请求若干个资源并消耗，不再放回缓冲区。

2.1.2、抢占性

• 可抢占资源：被进程获取后，可被其他进程或系统抢占，不会引起死锁（如 CPU、主存）
• 不可抢占资源：被进程获取后，只能等进程本身释放资源（如打印机）

2.2、死锁

2.2.1、产生原因

• 竞争不可抢占资源（互斥）
  1. OS 中仅有一台打印机和输入设备，某一时刻进程 P1 使用打印机，P2 使用输入设备。
  2. 此时 P1 请求使用输入设备、P2 请求使用打印机，双方等待彼此的资源。
• 竞争可消耗资源（循环等待）
  • 三个进程互相发送消息（可消耗资源）
  • 进程 P1 接收 P3 的消息 m3，发送 m1 给 P2；P2 接收 P1 的m1，发送 m2 给 m3；P3 接收 P2 的 m2，发送 m3 给 m1。
  • 若进程先发送再接收，OK。
  • 若进程先接收再发送，死锁。
• 进程执行顺序：系统进入不安全状态。

2.2.2、特征（必要条件）

只要发生死锁，以下 4 个条件同时成立。

1. 互斥：至少有一个资源非共享，同一时刻只有一个线程能使用。
2. 不可剥夺：即不可抢占资源，资源只能在进程完成任务后主动释放。
3. 请求与保持：进程占用至少一个资源，并等待另一个被其它进程占用的资源。
4. 循环等待：存在进程资源的循环等待链（如进程 P1 等待 P2，P2 等待 P1）

2.2.3、处理

• 预防
• 避免
• 检测
• 接触

预防

设置限制条件，破坏产生死锁的 4 个必要条件。

• 互斥：无法破坏
• 不可剥夺：请求被另一个进程占有的资源被拒绝时，释放当前进程的资源、或抢占资源。
• 循环等待：有序资源分配法

避免

在资源的动态分配过程中，用某种方法防止系统进入不安全状态。

1. 有序资源分配法：将资源统一编号，进程必须按编号顺序申请资源。
   • 示例：操作系统中有一个 R1、R2 资源，分别编号为 1、2
   • 进程必须按编号升序申请，即 R1 → R2，不能是 R2→ R1。
   • 破坏循环等待的条件
2. 银行家算法：允许进程动态申请资源，在资源分配前检查安全性。
   • 拟分配资源给当前进程，计算剩余资源数量是否能满足下一进程的需求。

常用技术

• 加锁顺序：线程按一定的顺序加锁。
• 加锁时限：线程尝试获取锁时加上一定的时限，超过时限则放弃对该锁的请求，并释放自己占有的锁。
• 死锁检测

检测

设置检测机构，及时检测死锁的发生。

解除

检测出死锁后，采取适当措施将进程从死锁状态中解脱出来。

• 资源剥夺：挂起某些死锁进程并剥夺资源，分配给其它死锁进程。
• 撤销进程：强制撤销部分或全部死锁进程并剥夺资源。
• 进程回退：设置还原点，让死锁进程回退到足以回避死锁，进程回退时自愿释放资源而不是被剥夺。