在Linux平臺下如何產(chǎn)生死鎖

這篇文章主要為大家展示了“在Linux平臺下如何產(chǎn)生死鎖”，內(nèi)容簡而易懂，條理清晰，希望能夠幫助大家解決疑惑，下面讓小編帶領(lǐng)大家一起研究并學(xué)習(xí)一下“在Linux平臺下如何產(chǎn)生死鎖”這篇文章吧。

死鎖 (deallocks)： 是指兩個或兩個以上的進(jìn)程（線程）在執(zhí)行過程中，因爭奪資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象，若無外力作用，它們都將無法推進(jìn)下去。此時稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生了死鎖，這些永遠(yuǎn)在互相等待的進(jìn)程（線程）稱為死鎖進(jìn)程（線程）。 由于資源占用是互斥的，當(dāng)某個進(jìn)程提出申請資源后，使得有關(guān)進(jìn)程（線程）在無外力協(xié)助下，永遠(yuǎn)分配不到必需的資源而無法繼續(xù)運(yùn)行，這就產(chǎn)生了一種特殊現(xiàn)象死鎖。

一種交叉持鎖死鎖的情形，此時執(zhí)行程序中兩個或多個線程發(fā)生永久堵塞（等待），每個線程都在等待被其它線程占用并堵塞了的資源。例如，如果線程 1 鎖住了記錄 A 并等待記錄 B，而線程 2 鎖住了記錄 B 并等待記錄 A，這樣兩個線程就發(fā)生了死鎖現(xiàn)象。在計算機(jī)系統(tǒng)中 , 如果系統(tǒng)的資源分配策略不當(dāng)，更常見的可能是程序員寫的程序有錯誤等，則會導(dǎo)致進(jìn)程因競爭資源不當(dāng)而產(chǎn)生死鎖的現(xiàn)象。

產(chǎn)生死鎖的四個必要條件

（1） 互斥條件：一個資源每次只能被一個進(jìn)程（線程）使用。

（2） 請求與保持條件：一個進(jìn)程（線程）因請求資源而阻塞時，對已獲得的資源保持不放。

（3） 不剝奪條件 : 此進(jìn)程（線程）已獲得的資源，在末使用完之前，不能強(qiáng)行剝奪。

（4） 循環(huán)等待條件 : 多個進(jìn)程（線程）之間形成一種頭尾相接的循環(huán)等待資源關(guān)系。

圖 1. 交叉持鎖的死鎖示意圖：

注釋：在執(zhí)行 func2 和 func4 之后，子線程 1 獲得了鎖 A，正試圖獲得鎖 B，但是子線程 2 此時獲得了鎖 B，正試圖獲得鎖 A，所以子線程 1 和子線程 2 將沒有辦法得到鎖 A 和鎖 B，因?yàn)樗鼈兏髯员粚Ψ秸加?，永遠(yuǎn)不會釋放，所以發(fā)生了死鎖的現(xiàn)象。

使用 pstack 和 gdb 工具對死鎖程序進(jìn)行分析

pstack 在 Linux 平臺上的簡單介紹

pstack 是 Linux（比如 Red Hat Linux 系統(tǒng)、Ubuntu Linux 系統(tǒng)等）下一個很有用的工具，它的功能是打印輸出此進(jìn)程的堆棧信息?？梢暂敵鏊芯€程的調(diào)用關(guān)系棧。

gdb 在 Linux 平臺上的簡單介紹

GDB 是 GNU 開源組織發(fā)布的一個強(qiáng)大的 UNIX 下的程序調(diào)試工具。Linux 系統(tǒng)中包含了 GNU 調(diào)試程序 gdb，它是一個用來調(diào)試 C 和 C++ 程序的調(diào)試器?？梢允钩绦蜷_發(fā)者在程序運(yùn)行時觀察程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)存的使用情況 .

gdb 所提供的一些主要功能如下所示：

1 運(yùn)行程序，設(shè)置能影響程序運(yùn)行的參數(shù)和環(huán)境 ;

2 控制程序在指定的條件下停止運(yùn)行；

3 當(dāng)程序停止時，可以檢查程序的狀態(tài)；

4 當(dāng)程序 crash 時，可以檢查 core 文件；

5 可以修改程序的錯誤，并重新運(yùn)行程序；

6 可以動態(tài)監(jiān)視程序中變量的值；

7 可以單步執(zhí)行代碼，觀察程序的運(yùn)行狀態(tài)。

gdb 程序調(diào)試的對象是可執(zhí)行文件或者進(jìn)程，而不是程序的源代碼文件。然而，并不是所有的可執(zhí)行文件都可以用 gdb 調(diào)試。如果要讓產(chǎn)生的可執(zhí)行文件可以用來調(diào)試，需在執(zhí)行 g++（gcc）指令編譯程序時，加上 -g 參數(shù)，指定程序在編譯時包含調(diào)試信息。調(diào)試信息包含程序里的每個變量的類型和在可執(zhí)行文件里的地址映射以及源代碼的行號。gdb 利用這些信息使源代碼和機(jī)器碼相關(guān)聯(lián)。gdb 的基本命令較多，不做詳細(xì)介紹，大家如果需要進(jìn)一步了解，請參見 gdb 手冊。

清單 1. 測試程序

#include  
 #include  
 #include  

 pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 
 pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 
 pthread_mutex_t mutex3 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 
 pthread_mutex_t mutex4 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 

 static int sequence1 = 0; 
 static int sequence2 = 0; 

 int func1() 
 { 
    pthread_mutex_lock(&mutex1); 
    ++sequence1; 
    sleep(1); 
    pthread_mutex_lock(&mutex2); 
    ++sequence2; 
    pthread_mutex_unlock(&mutex2); 
    pthread_mutex_unlock(&mutex1); 

    return sequence1; 
 } 

 int func2() 
 { 
    pthread_mutex_lock(&mutex2); 
    ++sequence2; 
    sleep(1); 
    pthread_mutex_lock(&mutex1); 
    ++sequence1; 
    pthread_mutex_unlock(&mutex1); 
    pthread_mutex_unlock(&mutex2); 

    return sequence2; 
 } 

 void* thread1(void* arg) 
 { 
    while (1) 
    { 
        int iRetValue = func1(); 

        if (iRetValue == 100000) 
        { 
            pthread_exit(NULL); 
        } 
    } 
 } 

 void* thread2(void* arg) 
 { 
    while (1) 
    { 
        int iRetValue = func2(); 

        if (iRetValue == 100000) 
        { 
            pthread_exit(NULL); 
        } 
    } 
 } 

 void* thread3(void* arg) 
 { 
    while (1) 
    { 
        sleep(1); 
        char szBuf[128]; 
        memset(szBuf, 0, sizeof(szBuf)); 
        strcpy(szBuf, "thread3"); 
    } 
 } 

 void* thread4(void* arg) 
 { 
    while (1) 
    { 
        sleep(1); 
        char szBuf[128]; 
        memset(szBuf, 0, sizeof(szBuf)); 
        strcpy(szBuf, "thread3"); 
    } 
 } 

 int main() 
 { 
    pthread_t tid[4]; 
    if (pthread_create(&tid[0], NULL, &thread1, NULL) != 0) 
    { 
        _exit(1); 
    } 
    if (pthread_create(&tid[1], NULL, &thread2, NULL) != 0) 
    { 
        _exit(1); 
    } 
    if (pthread_create(&tid[2], NULL, &thread3, NULL) != 0) 
    { 
        _exit(1); 
    } 
    if (pthread_create(&tid[3], NULL, &thread4, NULL) != 0) 
    { 
        _exit(1); 
    } 

    sleep(5); 
    //pthread_cancel(tid[0]); 

    pthread_join(tid[0], NULL); 
    pthread_join(tid[1], NULL); 
    pthread_join(tid[2], NULL); 
    pthread_join(tid[3], NULL); 

    pthread_mutex_destroy(&mutex1); 
    pthread_mutex_destroy(&mutex2); 
    pthread_mutex_destroy(&mutex3); 
    pthread_mutex_destroy(&mutex4); 

    return 0; 
 }

清單 2. 編譯測試程序

 [dyu@xilinuxbldsrv purify]$ g++ -g lock.cpp -o lock -lpthread

清單 3. 查找測試程序的進(jìn)程號

 [dyu@xilinuxbldsrv purify]$ ps -ef|grep lock 
 dyu       6721  5751  0 15:21 pts/3    00:00:00 ./lock

清單 4. 對死鎖進(jìn)程第一次執(zhí)行 pstack（pstack –進(jìn)程號）的輸出結(jié)果

 [dyu@xilinuxbldsrv purify]$ pstack 6721 
 Thread 5 (Thread 0x41e37940 (LWP 6722)): 
 #0  0x0000003d1a80d4c4 in __lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0 
 #1  0x0000003d1a808e1a in _L_lock_1034 () from /lib64/libpthread.so.0 
 #2  0x0000003d1a808cdc in pthread_mutex_lock () from /lib64/libpthread.so.0 
 #3  0x0000000000400a9b in func1() () 
 #4  0x0000000000400ad7 in thread1(void*) () 
 #5  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0 
 #6  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6 
 Thread 4 (Thread 0x42838940 (LWP 6723)): 
 #0  0x0000003d1a80d4c4 in __lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0 
 #1  0x0000003d1a808e1a in _L_lock_1034 () from /lib64/libpthread.so.0 
 #2  0x0000003d1a808cdc in pthread_mutex_lock () from /lib64/libpthread.so.0 
 #3  0x0000000000400a17 in func2() () 
 #4  0x0000000000400a53 in thread2(void*) () 
 #5  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0 
 #6  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6 
 Thread 3 (Thread 0x43239940 (LWP 6724)): 
 #0  0x0000003d19c9a541 in nanosleep () from /lib64/libc.so.6 
 #1  0x0000003d19c9a364 in sleep () from /lib64/libc.so.6 
 #2  0x00000000004009bc in thread3(void*) () 
 #3  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0 
 #4  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6 
 Thread 2 (Thread 0x43c3a940 (LWP 6725)): 
 #0  0x0000003d19c9a541 in nanosleep () from /lib64/libc.so.6 
 #1  0x0000003d19c9a364 in sleep () from /lib64/libc.so.6 
 #2  0x0000000000400976 in thread4(void*) () 
 #3  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0 
 #4  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6 
 Thread 1 (Thread 0x2b984ecabd90 (LWP 6721)): 
 #0  0x0000003d1a807b35 in pthread_join () from /lib64/libpthread.so.0 
 #1  0x0000000000400900 in main ()

清單 5. 對死鎖進(jìn)程第二次執(zhí)行 pstack（pstack –進(jìn)程號）的輸出結(jié)果

 [dyu@xilinuxbldsrv purify]$ pstack 6721 
 Thread 5 (Thread 0x40bd6940 (LWP 6722)): 
 #0  0x0000003d1a80d4c4 in __lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0 
 #1  0x0000003d1a808e1a in _L_lock_1034 () from /lib64/libpthread.so.0 
 #2  0x0000003d1a808cdc in pthread_mutex_lock () from /lib64/libpthread.so.0 
 #3  0x0000000000400a87 in func1() () 
 #4  0x0000000000400ac3 in thread1(void*) () 
 #5  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0 
 #6  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6 
 Thread 4 (Thread 0x415d7940 (LWP 6723)): 
 #0  0x0000003d1a80d4c4 in __lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0 
 #1  0x0000003d1a808e1a in _L_lock_1034 () from /lib64/libpthread.so.0 
 #2  0x0000003d1a808cdc in pthread_mutex_lock () from /lib64/libpthread.so.0 
 #3  0x0000000000400a03 in func2() () 
 #4  0x0000000000400a3f in thread2(void*) () 
 #5  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0 
 #6  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6 
 Thread 3 (Thread 0x41fd8940 (LWP 6724)): 
 #0  0x0000003d19c7aec2 in memset () from /lib64/libc.so.6 
 #1  0x00000000004009be in thread3(void*) () 
 #2  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0 
 #3  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6 
 Thread 2 (Thread 0x429d9940 (LWP 6725)): 
 #0  0x0000003d19c7ae0d in memset () from /lib64/libc.so.6 
 #1  0x0000000000400982 in thread4(void*) () 
 #2  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0 
 #3  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6 
 Thread 1 (Thread 0x2af906fd9d90 (LWP 6721)): 
 #0  0x0000003d1a807b35 in pthread_join () from /lib64/libpthread.so.0 
 #1  0x0000000000400900 in main ()

連續(xù)多次查看這個進(jìn)程的函數(shù)調(diào)用關(guān)系堆棧進(jìn)行分析：當(dāng)進(jìn)程吊死時，多次使用 pstack 查看進(jìn)程的函數(shù)調(diào)用堆棧，死鎖線程將一直處于等鎖的狀態(tài)，對比多次的函數(shù)調(diào)用堆棧輸出結(jié)果，確定哪兩個線程（或者幾個線程）一直沒有變化且一直處于等鎖的狀態(tài)（可能存在兩個線程 一直沒有變化）。

輸出分析：

根據(jù)上面的輸出對比可以發(fā)現(xiàn)，線程 1 和線程 2 由第一次 pstack 輸出的處在 sleep 函數(shù)變化為第二次 pstack 輸出的處在 memset 函數(shù)。但是線程 4 和線程 5 一直處在等鎖狀態(tài)（pthread_mutex_lock），在連續(xù)兩次的 pstack 信息輸出中沒有變化，所以我們可以推測線程 4 和線程 5 發(fā)生了死鎖。

Gdb into thread輸出：

清單 6. 然后通過 gdb attach 到死鎖進(jìn)程

   (gdb) info thread 
  5 Thread 0x41e37940 (LWP 6722)  0x0000003d1a80d4c4 in __lll_lock_wait () 
  from /lib64/libpthread.so.0 
  4 Thread 0x42838940 (LWP 6723)  0x0000003d1a80d4c4 in __lll_lock_wait () 
  from /lib64/libpthread.so.0 
  3 Thread 0x43239940 (LWP 6724)  0x0000003d19c9a541 in nanosleep () 
 from /lib64/libc.so.6 
  2 Thread 0x43c3a940 (LWP 6725)  0x0000003d19c9a541 in nanosleep () 
 from /lib64/libc.so.6 
 * 1 Thread 0x2b984ecabd90 (LWP 6721)  0x0000003d1a807b35 in pthread_join () 
 from /lib64/libpthread.so.0

清單 7. 切換到線程 5 的輸出

 (gdb) thread 5 
 [Switching to thread 5 (Thread 0x41e37940 (LWP 6722))]#0  0x0000003d1a80d4c4 in 
 __lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0 
 (gdb) where 
 #0  0x0000003d1a80d4c4 in __lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0 
 #1  0x0000003d1a808e1a in _L_lock_1034 () from /lib64/libpthread.so.0 
 #2  0x0000003d1a808cdc in pthread_mutex_lock () from /lib64/libpthread.so.0 
 #3  0x0000000000400a9b in func1 () at lock.cpp:18 
 #4  0x0000000000400ad7 in thread1 (arg=0x0) at lock.cpp:43 
 #5  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0 
 #6  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6

清單 8. 線程 4 和線程 5 的輸出

 (gdb) f 3 
 #3  0x0000000000400a9b in func1 () at lock.cpp:18 
 18          pthread_mutex_lock(&mutex2); 
 (gdb) thread 4 
 [Switching to thread 4 (Thread 0x42838940 (LWP 6723))]#0  0x0000003d1a80d4c4 in 
 __lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0 
 (gdb) f 3 
 #3  0x0000000000400a17 in func2 () at lock.cpp:31 
 31          pthread_mutex_lock(&mutex1); 
 (gdb) p mutex1 
 $1 = {__data = {__lock = 2, __count = 0, __owner = 6722, __nusers = 1, __kind = 0, 
 __spins = 0, __list = {__prev = 0x0, __next = 0x0}}, 
  __size = "\002\000\000\000\000\000\000\000B\032\000\000\001", '\000'
 , __align = 2} 
 (gdb) p mutex3 
 $2 = {__data = {__lock = 0, __count = 0, __owner = 0, __nusers = 0, 
 __kind = 0, __spins = 0, __list = {__prev = 0x0, __next = 0x0}}, 
 __size = '\000' , __align = 0} 
 (gdb) p mutex2 
 $3 = {__data = {__lock = 2, __count = 0, __owner = 6723, __nusers = 1, 
 __kind = 0, __spins = 0, __list = {__prev = 0x0, __next = 0x0}}, 
  __size = "\002\000\000\000\000\000\000\000C\032\000\000\001", '\000'
 , __align = 2} 
 (gdb)

從上面可以發(fā)現(xiàn)，線程 4 正試圖獲得鎖 mutex1，但是鎖 mutex1 已經(jīng)被 LWP 為 6722 的線程得到（__owner = 6722），線程 5 正試圖獲得鎖 mutex2，但是鎖 mutex2 已經(jīng)被 LWP 為 6723 的 得到（__owner = 6723），從 pstack 的輸出可以發(fā)現(xiàn)，LWP 6722 與線程 5 是對應(yīng)的，LWP 6723 與線程 4 是對應(yīng)的。所以我們可以得出， 線程 4 和線程 5 發(fā)生了交叉持鎖的死鎖現(xiàn)象。查看線程的源代碼發(fā)現(xiàn)，線程 4 和線程 5 同時使用 mutex1 和 mutex2，且申請順序不合理。

以上是“在Linux平臺下如何產(chǎn)生死鎖”這篇文章的所有內(nèi)容，感謝各位的閱讀！相信大家都有了一定的了解，希望分享的內(nèi)容對大家有所幫助，如果還想學(xué)習(xí)更多知識，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道！