死鎖概念

死鎖是指多個(gè)進(jìn)程（線程）因?yàn)殚L(zhǎng)久等待已被其他進(jìn)程占有的的資源而陷入阻塞的一種狀態(tài)。當(dāng)?shù)却馁Y源一直得不到釋放，死鎖會(huì)一直持續(xù)下去。死鎖一旦發(fā)生，程序本身是解決不了的，只能依靠外部力量使得程序恢復(fù)運(yùn)行，例如重啟，開門狗復(fù)位等。

Linux 提供了檢測(cè)死鎖的機(jī)制，主要分為 D 狀態(tài)死鎖和 R 狀態(tài)死鎖。

• D 狀態(tài)死鎖

進(jìn)程等待 I/O 資源無(wú)法得到滿足，長(zhǎng)時(shí)間（系統(tǒng)默認(rèn)配置 120 秒）處于 TASK_UNINTERRUPTIBLE 睡眠狀態(tài)，這種狀態(tài)下進(jìn)程不響應(yīng)異步信號(hào)（包括 kill -9）。如：進(jìn)程與外設(shè)硬件的交互（如 read），通常使用這種狀態(tài)來(lái)保證進(jìn)程與設(shè)備的交互過(guò)程不被打斷，否則設(shè)備可能處于不可控的狀態(tài)。對(duì)于這種死鎖的檢測(cè) Linux 提供的是 hung task 機(jī)制。觸發(fā)該問(wèn)題成因比較復(fù)雜多樣，可能因?yàn)?synchronized_irq、mutex lock、內(nèi)存不足等。D 狀態(tài)死鎖只是局部多進(jìn)程間互鎖，一般來(lái)說(shuō)只是 hang 機(jī)、凍屏，機(jī)器某些功能沒(méi)法使用，但不會(huì)導(dǎo)致沒(méi)喂狗，而被狗咬死。

• R 狀態(tài)死鎖

進(jìn)程長(zhǎng)時(shí)間（系統(tǒng)默認(rèn)配置 60 秒）處于 TASK_RUNNING 狀態(tài)壟斷 CPU 而不發(fā)生切換，一般情況下是進(jìn)程關(guān)搶占或關(guān)中斷后長(zhǎng)時(shí)候執(zhí)行任務(wù)、死循環(huán)，此時(shí)往往會(huì)導(dǎo)致多 CPU 間互鎖，整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法正常調(diào)度，導(dǎo)致喂狗線程無(wú)法執(zhí)行，無(wú)法喂狗而最終看門狗復(fù)位的重啟。該問(wèn)題多為原子操作，spinlock 等 CPU 間并發(fā)操作處理不當(dāng)造成。本文所介紹的 Lockdep 死鎖檢測(cè)工具檢測(cè)的死鎖類型就是 R 狀態(tài)死鎖。

常見錯(cuò)誤：

1. AA: 重復(fù)上鎖
2. ABBA: 曾經(jīng)使用 AB 順序上鎖，又使用 BA 上鎖
3. ABBCCA: 這種類型是 ABBA 的擴(kuò)展。AB 順序 , AB 順序，CA 順序。這種鎖人工很難發(fā)現(xiàn)。
4. 多次 unlock

AB-BA 死鎖的形成

假設(shè)有兩處代碼（比如不同線程的兩個(gè)函數(shù) thread_P 和 thread_Q）都要獲取兩個(gè)鎖（分別為 lockA 和 lockB），如果 thread_P 持有 lockA 后再去獲取 lockB，而此時(shí)恰好由 thread_Q 持有 lockB 且它也正在嘗試獲取 lockA，那么此時(shí)就是處于死鎖的狀態(tài)，這是一個(gè)最簡(jiǎn)單的死鎖例子，也即所謂的 AB-BA 死鎖。

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);
    ......
}

下面接合時(shí)間軸來(lái)觀察死鎖發(fā)生的時(shí)機(jī)：

X 軸表示進(jìn)程 P 執(zhí)行的時(shí)間軸，Y 軸表示進(jìn)程 Q 執(zhí)行的時(shí)間軸。

這幅圖依據(jù)兩個(gè)進(jìn)程并發(fā)時(shí)間點(diǎn)不同而給出了 6 種執(zhí)行線路：

1. Q 獲得 B，然后獲得 A；然后釋放 B，然后釋放 A；此時(shí) P 執(zhí)行時(shí)，它可以獲得全部資源
2. Q 獲得 B，然后獲得 A；此時(shí) P 執(zhí)行并阻塞在對(duì) A 的請(qǐng)求上；Q 釋放 B 和 A，當(dāng) P 恢復(fù)執(zhí)行時(shí)，它可以獲得全部資源
3. Q 獲得 B，然后 P 執(zhí)行獲得 A；此時(shí) Q 阻塞在對(duì) A 的請(qǐng)求上；P 阻塞在對(duì) B 的請(qǐng)求上，大家都在互相等待各自的資源而死鎖
4. P 獲得 A，然后 Q 執(zhí)行獲得 B；此時(shí) P 阻塞在對(duì) B 的請(qǐng)求上；Q 阻塞在對(duì) A 的請(qǐng)求上，大家都在互相等待各自的資源而死鎖
5. P 獲得 A，然后獲得 B；此時(shí) Q 執(zhí)行并阻塞在對(duì) B 的請(qǐng)求上；P 釋放 A 和 B，當(dāng) Q 恢復(fù)執(zhí)行時(shí)，它可以獲得全部資源
6. P 獲得 A，然后獲得 B；然后釋放 A，然后釋放 B；此時(shí) Q 執(zhí)行時(shí)，它可以獲得全部資源