iOS-死锁原理(银行家算法)

俗话说“书卷多情似故人,晨昏忧乐每相亲”闲暇之时,我们还是要多和故人联络联络感情。哈哈,言归正传,安闲之余,看操作系统原理一书,里面有一章节讲解的是死锁,很多人认为,死锁是很高端的操作系统层面的问题,离我们很远,一般不会遇上。其实这种想法是非常错误的,作为一名iOS开发,在iOS中,下面这段常见的程序就会造成死锁:

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^(void){
            NSLog(@"这里死锁了");
        });
    }
    return 0;
}

分析这段代码,首先要知道dispatch_syncdispatch_async 的区别:
dispatch_async(queue,block) async 异步队列,dispatch_async 函数会立即返回, block会在后台异步执行。

dispatch_sync(queue,block) sync 同步队列,dispatch_sync 函数不会立即返回,即阻塞当前线程,等待block同步执行完成。

同步

同步执行:比如这里的dispatch_sync,这个函数会把一个block加入到指定的队列中,而且会一直等到执行完blcok,这个函数才返回。因此在block执行完之前,调用dispatch_sync方法的线程是阻塞的。

异步

异步执行:一般使用dispatch_async,这个函数也会把一个block加入到指定的队列中,但是和同步执行不同的是,这个函数把block加入队列后不等block的执行就立刻返回了。

串行队列

串行队列:比如这里的dispatch_get_main_queue。这个队列中所有任务,一定按照FIFO(先来后到的顺序)执行。

并发队列

比如使用dispatch_get_global_queue。这个队列中的任务也是按照FIFO(先来后到的顺序)开始执行,注意是开始,但是它们的执行结束时间是不确定的,取决于每个任务的耗时。并发队列中的任务:GCD会动态分配多条线程来执行。具体几条线程取决于当前内存使用状况,线程池中线程数等因素。

总结:

执行这个dispatch_get_main_queue队列的是主线程。执行了dispatch_sync 同步函数后,将block添加到了main_queue中,同时调用dispatch_syn 同步这个函数的线程(也就是主线程)被阻塞,等待block执行完成,而执行主线程队列任务的线程正是主线程,此时他处于阻塞状态,所以block永远不会被执行,因此主线程一直处于阻塞状态。因此这段代码运行后,并非卡在block中无法返回,而是根本无法执行到这个block。

由上面的例子可以延展思考,造成死锁的原因有以下四点:


死锁001.jpg

那么处理死锁的基本方法也有以下四种

死锁002.jpg

死锁的避免,通过算法合理的分配资源,使系统处于安全状态,就牵扯了一个著名的算法---银行家算法

死锁003.jpg

下面通过一个例子,来讲解下银行家算法:

死锁004.jpg

图中已知的信息有:
(1).进程P0、P1、P2、P3、P4、P5;
(2).资源A、B、C 在T0时刻allocation已分配的情况;
(3).资源A、B、C 在T0时刻Max最大需求的数量;

求:(1)Need矩阵内容? (2)此时系统是否安全?
1.根据已知的信息,我们首先算得A、B、C资源的Need还需要资源的情况,Need矩阵的内容计算过程如下:

Need还需要 = Max最大需求 - allocation已分配
P0:(7,5,3) - (0,1,0) = (7,4,3);
P1:(3,2,2) - (2,0,0) = (1,2,2);
P2:(9,0,2) - (3,0,2) = (6,0,0);
P3:(2,2,2) - (2,1,1) = (0,1,1);
P4:(4,3,3) - (0,0,2) = (4,3,1);

所以,算得的Max最大需求填到图005,如下所示:
死锁005.jpg
至此,此时第一步Need矩阵的内容计算完毕。
2.计算此时系统是否安全?

首先设置初始化变量:
work = Available = [3,3,2];
finish[0]=finish[1]= finish[2]=finish[3]= finish[4]=false;
需循环检测是否能找到⼀一个进程pi,满⾜足finish[i]=false且Needi<= Available;

  • 2.1 因为: P0:finish[0] = false ,Need1 >= Available/work 即:(7,4,3)>= (3,3,2);
    所以:finish[0] = false ,不满足条件;
  • 2.2 因为: P1:finish[1] = false ,Need1 <= Available/work , 即:(3,3,2) <= (1,2,2)
    所以: finish[0] = true ,满足条件;
    此时Available可用资源为:
    work = Available - Need1 = [3,3,2] - [1,2,2] = [2,1,0];
    work =Available[2,1,0] + Max1[3,2,2] = [5,3,2];
    所以: 按程序执行的第一个进程为P1 ;

2.3 因为: P2:finish[2] = false ,Need2 >= **Available/work **, 即:(6,0,0) >= (5,3,2);
所以:finish[2] = false ,不满足条件;

  • 2.4 因为: P3:finish[3] = false ,Need3<= Available/work ** ,即:(0,1,1) <= (5,3,2);
    所以: finish[3] = true ,满足条件;
    此时work可用资源为:
    work = ** work[5,3,2]
    - Need3[0,1,1] = [5,2,1];
    work= work [5,2,1] + Max3[2,3,2] = [7,4,3];
    所以: 按程序执行的第二个进程为P3 ;
  • 2.5 因为: P4:finish[4] = false ,Need4<= Available/work ** ,即:(4,3,1) <= (7,4,3);
    所以: finish[4] = true ,满足条件;
    此时work可用资源为:
    work = ** work[7,4,3]
    - Need4[4,3,1] = [3,1,2];
    work= work [3,1,2] + Max4[4,3,3] = [7,4,5];
    所以: 按程序执行的第三个进程为P4 ;

此时,P0--P4第一轮已经执行完毕,finish[1]=finish[3]= finish[4]=ture;,所以接下来我们需要再次检测finish[0] = finish[2]=false;在T1时刻是否是安全的,相同的方法进行第二轮检测:

  • 2.6因为: P0:finish[0] = false ,Need0<= **Available/work ** ,即:(7,4,3) <= (7,4,5);
    所以: finish[0] = true ,满足条件;
    此时work可用资源为:
    work = work[7,4,5] - Need0[7,4,3] = [0,0,2];
    work= work[0,0,2] + Max0[7,5,3] = [7,5,5];
    所以: 按程序执行的第四个进程为P0 ;

  • 2.7因为: P2:finish[2] = false ,Need2<= **Available/work ** ,即:(6,0,0) <= (7,5,5);
    所以: finish[2] = true ,满足条件;
    此时work可用资源为:
    work = work[7,5,5] - Need0[6,0,0] = [1,5,5];
    work= work [1,5,5] + Max2[9,0,2] = [10,5,7];
    所以: 按程序执行的第五个进程为P2 ;

所以T0时刻,找到的安全序列为< P1--P3 --P4 --P0 --P2 >
至此,再也找不到满足finish[i]=ture 并且Needi<= work条件的进程了,因此循环结束。

死锁006.png

死锁的学习暂时记录以上信息,方便日后查阅。

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