27-08-2023
Взаи́мная блокиро́вка (англ. deadlock) — ситуация в многозадачной среде или СУБД, при которой несколько процессов находятся в состоянии бесконечного ожидания ресурсов, занятых самими этими процессами.
Содержание |
| Шаг | Процесс 1 | Процесс 2 |
|---|---|---|
| 0 | Хочет захватить A и B, начинает с A | Хочет захватить A и B, начинает с B |
| 1 | Захватывает ресурс A | Захватывает ресурс B |
| 2 | Ожидает освобождения ресурса B | Ожидает освобождения ресурса A |
| 3 |
|
|
Отладка взаимных блокировок, как и других ошибок синхронизации, усложняется тем, что для их возникновения нужны специфические условия одновременного выполнения нескольких процессов (в вышеописанном примере если бы процесс 1 успел захватить ресурс B до процесса 2, то ошибка не произошла бы).
Это слово означает такую ситуацию: система не «застревает» (как в обычной взаимной блокировке), а занимается бесполезной работой, её состояние постоянно меняется — но, тем не менее, она «зациклилась», не производит никакой полезной работы.
Жизненный пример такой ситуации: двое встречаются лицом к лицу. Каждый из них пытается посторониться, но они не расходятся, а несколько секунд сдвигаются в одну и ту же сторону.
Поиск взаимных блокировок осуществляется путем построения и анализа графа ожидания. В графе ожидания узлами отмечаются процессы и объекты. Блокировки отмечаются рёбрами, направленными от узла, соответствующего захваченному объекту, к узлу, соответствующему захватившему его процессу. Ожидания отмечаются рёбрами, направленными от узла, соответствующего ожидающему процессу, к узлу, соответствующему ожидаемому объекту.
Цикл в графе ожидания соответствует взаимной блокировке. Существует специальный алгоритм поиска циклов в графе .
Существуют алгоритмы удаления взаимной блокировки. В то же время, выполнение алгоритмов поиска удаления взаимных блокировок может привести к livelock — взаимная блокировка образуется, сбрасывается, снова образуется, снова сбрасывается и так далее.
Кроме того, эти алгоритмы реализуются менеджером ресурсов — программой, отвечающей за блокировку и разблокировку. Если же часть занятых в блокировке ресурсов распределяется кем-то другим, обнаружение взаимной блокировки невозможно. К примеру, СУБД Oracle обнаруживает взаимную блокировку запросов к её базам данных, но если в приведенном примере объекты — это поле базы и, к примеру, файл на жестком диске, взаимная блокировка обнаружена не будет — СУБД этот файл не обрабатывает и для неё взаимной блокировки нет.
Практически об устранении взаимных блокировок надо заботиться ещё на этапе проектирования системы — это единственный более-менее надежный способ с ними бороться. В крайнем случае, когда основная концепция не допускает возможности избежать взаимных блокировок, следует хотя бы строить все запросы ресурсов так, чтобы такие блокировки безболезненно снимались.
Классический способ борьбы с проблемой — разработка иерархии блокировок, установление правила, что некоторые блокировки никогда не могут захватываться в состоянии, в котором уже захвачены какие-то другие блокировки. Говоря точно, речь о разработке отношения сравнения между блокировками, и о запрете захвата «большей» блокировки в состоянии, когда уже захвачена «меньшая».
В некоторых случаях, особенно в поделенных на модули архитектурах, это является проблемой. Так, например, в межмодульном интерфейсе приходится вводить вызовы, которые не делают ничего, кроме захвата и освобождения неких блокировок в модуле. Такой подход используется в файловых системах Windows в интерфейсе их взаимодействия с подсистемами кэша и виртуальной памяти.
В файловой системе существуют блокировки, «защищающие» переменные «размер файла» и «длина реально записанных данных в файле». В некоторых случаях возможно исполнение ввода/вывода на диск с удержанием этих блокировок.
Исполнение же ввода/вывода, в том числе построение запросов ввода/вывода, требует взятия блокировок низкого уровня уже в подсистеме виртуальной памяти, и следующий за этим вызов в файловую систему.
Для реализации этого паттерна файловая система предоставляет подсистеме виртуальной памяти вызовы, специально предназначенные для захвата блокировок.
Есть способы избежания данной проблемы:
1. Не бери ложку, если не положил вилку
2. Бери ложку и вилку сразу (WaitForMultipleObjects)
Взаимная блокировка.
