文章目錄

• 一：封鎖
• • （1）概念
  • （2）類型
  • （3）控制方式
• 二：封鎖協(xié)議
• • （1）概念
  • （2）三級(jí)封鎖協(xié)議
  • • ①：一級(jí)封鎖協(xié)議
    • ②：二級(jí)封鎖協(xié)議
    • ③：三級(jí)封鎖協(xié)議
• 三：活鎖和死鎖
• • （1）活鎖
  • （2）死鎖
  • • A：概念
    • B：死鎖產(chǎn)生的四個(gè)必要條件
    • • ①：互斥條件
      • ②：不可剝奪條件
      • ③：持有并等待條件
      • ④：循環(huán)等待條件
    • C：解決死鎖的方法
    • • 預(yù)防死鎖
      • • ①：破壞互斥條件
        • ②：破壞不可剝奪條件
        • ③：破壞持有并等待條件（對(duì)應(yīng)一次封鎖法）
        • ④：破壞循環(huán)等待條件（對(duì)應(yīng)順序封鎖法）
      • 死鎖檢測(cè)
      • • ①：超時(shí)法
        • ②：等待圖法（資源分配圖）
      • 死鎖解除

一：封鎖

（1）概念

封鎖：封鎖就是事務(wù)$T$在對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象（表、記錄等）操作之前，先向系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求，對(duì)其加鎖；加鎖后事務(wù)$T$對(duì)該數(shù)據(jù)對(duì)象就有了一定的控制，在事務(wù)$T$釋放它的鎖之前，其它的事務(wù)不能更新此數(shù)據(jù)對(duì)象；DBMS通常提供了多種類型的封鎖，一個(gè)事務(wù)對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象加鎖后究竟擁有怎樣的控制是由封鎖的類型決定的

（2）類型

基本封鎖類型有如下兩種

• 排他鎖（$X$鎖）：又稱為寫(xiě)鎖，若事務(wù)$T$對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象$A$加上$X$鎖，則只允許$T$讀取和修改$A$，其他任何事務(wù)都不能再對(duì)$A$加任何類型的鎖，直到$T$釋放$A$上的鎖
• 共享鎖（$S$鎖）：又稱為讀鎖，若事務(wù)$T$對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象$A$加上$S$鎖，則其他事務(wù)只能再對(duì)$A$加$S$鎖，而不能加$X$鎖，直到$T$釋放$A$上的$S$鎖
  ，

（3）控制方式

排他鎖與共享鎖的控制方式可以用下圖所示的相容矩陣來(lái)表示

• 最左邊一列表示事務(wù)$T_1$已經(jīng)獲得的數(shù)據(jù)對(duì)象上的鎖的類型，其中橫線表示沒(méi)有加鎖
• 最上面一行表示另一事務(wù)$T_2$對(duì)同一數(shù)據(jù)對(duì)象發(fā)出的封鎖請(qǐng)求
• $T_2$的封鎖請(qǐng)求能否被滿足用矩陣中的$Y$和$N$表示。其中$Y$表示事務(wù)$T_2$的封鎖與$T_1$已持有的鎖相容，封鎖請(qǐng)求可以滿足；$N$表示$T_2$的封鎖請(qǐng)求與$T_1$已持有的鎖沖突，請(qǐng)求被拒絕

二：封鎖協(xié)議

（1）概念

封鎖協(xié)議：是指在運(yùn)用$X$鎖和$S$鎖對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象加鎖時(shí)需要遵照的一些規(guī)則。例如，何時(shí)申請(qǐng)、持續(xù)時(shí)間、和何時(shí)釋放等。不同的封鎖協(xié)議，為并發(fā)操作的正確調(diào)度提供了一定的保證，所能達(dá)到的系統(tǒng)一致性級(jí)別也是不同的。常用的封鎖協(xié)議有

• 支持一致性維護(hù)的三級(jí)封鎖協(xié)議（本節(jié)）
• 支持并行調(diào)度可串行化的兩段鎖協(xié)議/避免死鎖的協(xié)議

（2）三級(jí)封鎖協(xié)議

①：一級(jí)封鎖協(xié)議

一級(jí)封鎖協(xié)議：事務(wù)$T$在修改數(shù)據(jù)$R$之前必須先對(duì)其加$X$鎖，直到事務(wù)結(jié)束（COMMIT或ROLLBACK）才釋放

• 優(yōu)點(diǎn)：可以防止丟失修改
• 缺點(diǎn)：如果僅是讀數(shù)據(jù)，是不需要加鎖的。所以它不能保證可重復(fù)讀和不讀臟數(shù)據(jù)

②：二級(jí)封鎖協(xié)議

二級(jí)封鎖協(xié)議：是指在一級(jí)封鎖協(xié)議基礎(chǔ)上增加事務(wù)$T$在讀取數(shù)據(jù)$R$之前必須先對(duì)其加$S$鎖，讀完后即可釋放$S$鎖

• 優(yōu)點(diǎn)：可以方式丟失修改和讀臟數(shù)據(jù)
• 缺點(diǎn)：不能保證可重復(fù)讀

③：三級(jí)封鎖協(xié)議

三級(jí)封鎖協(xié)議：是指在一級(jí)封鎖協(xié)議基礎(chǔ)上增加事務(wù)$T$在讀取數(shù)據(jù)$R$之前必須先對(duì)其加$S$鎖，直到事務(wù)結(jié)束才可以釋放$S$鎖

• 防止丟失修改和讀臟數(shù)據(jù)，還防止了不可重復(fù)讀

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總結(jié)

三：活鎖和死鎖

一個(gè)問(wèn)題的解決必然會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)。封鎖技術(shù)可以有效地解決并發(fā)操作的一致性問(wèn)題，但是會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題

• 活鎖
• 死鎖

（1）活鎖

活鎖：事務(wù)$T_1$封鎖數(shù)據(jù)$R$，事務(wù)$T_2$又請(qǐng)求封鎖$R$，因此事務(wù)$T_2$被迫等待。此時(shí)，事務(wù)$T_3$也請(qǐng)求封鎖$R$，因此事務(wù)$T_3$也被迫等待。當(dāng)$T_1$釋放$R$的封鎖后，系統(tǒng)卻首先批準(zhǔn)了$T_3$的請(qǐng)求，$T_2$只能繼續(xù)等待。然后，又有別的事務(wù)到來(lái)，由于事務(wù)$T_2$的優(yōu)先級(jí)可能較低，所以導(dǎo)致它長(zhǎng)時(shí)間得不到服務(wù)，產(chǎn)生饑餓現(xiàn)象。這就是活鎖。避免活鎖可以廢除特權(quán)，采用先來(lái)先服務(wù)算法

（2）死鎖

• 注意此部分在操作系統(tǒng)中屬于重點(diǎn)內(nèi)容，詳細(xì)了解請(qǐng)點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)：【專欄必讀】王道考研408操作系統(tǒng)萬(wàn)字筆記（從學(xué)生角度輔助大家理解）：各章節(jié)導(dǎo)航及思維導(dǎo)圖

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A：概念

死鎖：兩個(gè)或兩個(gè)以上事務(wù)均處于等待狀態(tài)，每個(gè)事務(wù)都在等待其中另一個(gè)事務(wù)封鎖的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致任何事務(wù)都不能向前推進(jìn)的現(xiàn)象

B：死鎖產(chǎn)生的四個(gè)必要條件

• 此部分內(nèi)容選自：(王道408考研操作系統(tǒng))第二章進(jìn)程管理-第四節(jié)1：死鎖相關(guān)概念

①：互斥條件

互斥條件：是指只有對(duì)必須互斥使用的資源搶奪時(shí)才可能導(dǎo)致死鎖。比如打印機(jī)設(shè)備就可能導(dǎo)致互斥，但是像內(nèi)存、揚(yáng)聲器則不會(huì)

• 進(jìn)程A已經(jīng)獲得資源，進(jìn)程B只能等待

②：不可剝奪條件

不可剝奪條件：是指進(jìn)程所獲得的資源在未使用完之前，不能由其他進(jìn)程強(qiáng)行奪走，只能主動(dòng)釋放

③：持有并等待條件

持有并等待條件：是指進(jìn)程已經(jīng)至少保持了一個(gè)資源，但又提出了新的資源請(qǐng)求，但是該資源又被其他進(jìn)程占有，此時(shí)請(qǐng)求進(jìn)程被阻塞，但是對(duì)自己持有的資源保持不放

④：循環(huán)等待條件

循環(huán)剝奪條件：是指存在一種進(jìn)程資源的循環(huán)等待鏈，鏈中的每一個(gè)進(jìn)程已獲得的資源同時(shí)被下一個(gè)進(jìn)程所請(qǐng)求

C：解決死鎖的方法

解決死鎖主要有下面三種方法（每一種在對(duì)應(yīng)文章中都有詳細(xì)介紹，限于篇幅，這里只挑取重點(diǎn)）

• (王道408考研操作系統(tǒng))第二章進(jìn)程管理-第四節(jié)2：死鎖處理策略之預(yù)防死鎖
• (王道408考研操作系統(tǒng))第二章進(jìn)程管理-第四節(jié)2：死鎖處理策略之避免死鎖（銀行家算法）
• (王道408考研操作系統(tǒng))第二章進(jìn)程管理-第四節(jié)3：死鎖處理策略之檢測(cè)和解除

預(yù)防死鎖

①：破壞互斥條件

• 互斥條件是指只有對(duì)必須互斥使用的資源搶奪時(shí)才可能導(dǎo)致死鎖。比如打印機(jī)設(shè)備就可能導(dǎo)致互斥，但是像內(nèi)存、揚(yáng)聲器則不會(huì)

破壞互斥條件：如果把只能互斥使用的資源改造為允許共享使用，則系統(tǒng)不會(huì)進(jìn)入死鎖狀態(tài)。但并不是所有資源都可以改造為成共享使用的資源的，而且為了系統(tǒng)安全性，很多地方也是禁止改造的，所以互斥條件一般無(wú)法破壞

②：破壞不可剝奪條件

• 不可剝奪條件是指進(jìn)程所獲得的資源在未使用完之前，不能由其他進(jìn)程強(qiáng)行奪走，只能主動(dòng)釋放

破壞不可剝奪條件：可以有以下兩種方案

• 方案一：當(dāng)某個(gè)進(jìn)程請(qǐng)求新的資源得不到滿足時(shí)，它必須立即釋放保持的所有資源，待以后需要時(shí)再重新申請(qǐng)。 也就是說(shuō)，即使某些資源尚未使用完，也需要主動(dòng)釋放
• 方案二：當(dāng)某個(gè)進(jìn)程需要的資源被其他進(jìn)程占有的時(shí)候，可以由操作系統(tǒng)協(xié)助，將想要的資源強(qiáng)行剝奪。 這種方式一般需要考慮各個(gè)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)

缺點(diǎn)

• 實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜
• 釋放已獲得的資源可能造成前一階段工作的失效，所以這種方法一般只適用于易保存和恢復(fù)狀態(tài)的資源，比如CPU
• 反復(fù)申請(qǐng)和釋放資源會(huì)增加系統(tǒng)開(kāi)銷，降低系統(tǒng)吞吐量
• 若采用方法一，意味著只要暫時(shí)得不到某個(gè)資源，之前獲得的那些資源都需要放棄，以后再重新申請(qǐng)，容易導(dǎo)致進(jìn)程饑餓

③：破壞持有并等待條件（對(duì)應(yīng)一次封鎖法）

• 持有并等待條件：是指進(jìn)程已經(jīng)至少保持了一個(gè)資源，但又提出了新的資源請(qǐng)求，但是該資源又被其他進(jìn)程占有，此時(shí)請(qǐng)求進(jìn)程被阻塞，但是對(duì)自己持有的資源保持不放

破壞持有并等待條件：可以采用靜態(tài)分配方法。進(jìn)程在運(yùn)行前一次申請(qǐng)完它所需要的全部資源，在它的資源未得到滿足前，不允許投入運(yùn)行；一旦投入運(yùn)行，這些資源就一直歸它所有，該進(jìn)程不會(huì)再請(qǐng)求別的任何資源

缺點(diǎn)

• 有些資源可能只需要使用很短的時(shí)間，因此如果進(jìn)程的整個(gè)運(yùn)行期間都一直保持著所有資源，就會(huì)造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，資源利用率極低，并且該策略也有可能導(dǎo)致饑餓現(xiàn)象

④：破壞循環(huán)等待條件（對(duì)應(yīng)順序封鎖法）

• 循環(huán)剝奪條件：是指存在一種進(jìn)程資源的循環(huán)等待鏈，鏈中的每一個(gè)進(jìn)程已獲得的資源同時(shí)被下一個(gè)進(jìn)程所請(qǐng)求

破壞循環(huán)等待條件：可以采用順序資源分配方法。首先給系統(tǒng)中的資源進(jìn)行編號(hào)，規(guī)定每個(gè)進(jìn)程必須按照編號(hào)遞增的順序請(qǐng)求資源，編號(hào)相同的資源（也就是同類資源）一次申請(qǐng)完

• 這是因?yàn)橐粋€(gè)進(jìn)程只有在已經(jīng)占有小編號(hào)資源的同時(shí)，才有資格申請(qǐng)更大編號(hào)的資源。所以已經(jīng)持有大編號(hào)資源的進(jìn)程不可能逆向申請(qǐng)小編號(hào)的資源
  

缺點(diǎn)

• 不方便增加新的設(shè)備，因?yàn)?strong>可能需要重新分配所有的編號(hào)
• 進(jìn)程實(shí)際使用資源的順序可能和編號(hào)遞增順序不一致，造成資源浪費(fèi)
• 必須按規(guī)定次序申請(qǐng)資源，為用戶編程帶來(lái)了麻煩

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死鎖檢測(cè)

①：超時(shí)法

超時(shí)法：如果一個(gè)事務(wù)的等待時(shí)間超過(guò)了規(guī)定的時(shí)限，就認(rèn)為發(fā)生了死鎖

• 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單
• 缺點(diǎn)：有可能誤判死鎖；時(shí)限標(biāo)準(zhǔn)難以把握

②：等待圖法（資源分配圖）

兩種結(jié)點(diǎn)

• 進(jìn)程結(jié)點(diǎn)：對(duì)應(yīng)一個(gè)進(jìn)程
• 資源結(jié)點(diǎn)：對(duì)應(yīng)一類資源，其數(shù)量可能有多個(gè)

兩種邊

• 進(jìn)程結(jié)點(diǎn)->資源結(jié)點(diǎn)：進(jìn)程想要申請(qǐng)多少個(gè)資源，每條邊代表一個(gè)
• 資源結(jié)點(diǎn)->進(jìn)程結(jié)點(diǎn)：表示已經(jīng)為進(jìn)程分配了多少個(gè)資源，每條邊代表一個(gè)

• 進(jìn)程$P_1$已經(jīng)分得了兩個(gè)$R_1$資源，又在請(qǐng)求一個(gè)$R_2$資源；
• 進(jìn)程$P_2$已經(jīng)分得了一個(gè)$R_1$資源和一個(gè)$R_2$資源，又在請(qǐng)求一個(gè)$R_1$資源；

判斷是否發(fā)生死鎖：如果系統(tǒng)中的可用資源數(shù)目滿足進(jìn)程的需求，那么這個(gè)進(jìn)程暫時(shí)是不會(huì)被阻塞的，可以順利執(zhí)行；如果這個(gè)進(jìn)程結(jié)束后將資源歸還給了系統(tǒng)，就可能使某些正在等待資源的進(jìn)程被激活，并順利執(zhí)行下去

比如下圖中：$R_2$資源的數(shù)目共有2個(gè)，其中一個(gè)分配給了$P_2$，此時(shí)$P_1$請(qǐng)求一個(gè)，而可用資源數(shù)目夠，因此$P_1$不會(huì)被阻塞；

$R_1$資源的數(shù)目共有3個(gè)，其中2個(gè)分配給了$P_1$，一個(gè)分配給了$P_2$，所以$P_2$的請(qǐng)求不能滿足，而$P_1$是可以順利執(zhí)行的，所以$P_2$在等待$P_1$執(zhí)行完畢并歸還資源后，便可以順利執(zhí)行下去

$P_1$結(jié)束之后，歸還資源，并且它再不會(huì)請(qǐng)求任何資源，因此取出和$P_1$相連的邊

$P_2$在結(jié)束之后也會(huì)歸還資源

可完全簡(jiǎn)化：按照上述過(guò)程，如果能夠消除所有的邊，就稱此資源圖可完全簡(jiǎn)化，此時(shí)一定沒(méi)有發(fā)生死鎖，相等于可以找到一個(gè)安全序列$P_1$->$P_2$。如果不能消除所有邊，此時(shí)就發(fā)生了死鎖，而且最終還連著邊的那些進(jìn)程就是處于死鎖狀態(tài)的進(jìn)程

比如下圖中，開(kāi)始時(shí)讓$P_1$再多持有一個(gè)$R_2$資源，并且$R_2$資源又分配了一個(gè)給$P_3$

此時(shí)$R_2$資源被分配干凈，所以$P_1$在請(qǐng)求時(shí)被阻塞，相應(yīng)$P_2$進(jìn)程也會(huì)被阻塞。因此只有$P_3$能夠順利進(jìn)行

$P_3$結(jié)束之后雖然會(huì)歸還1個(gè)$R_2$資源，但是仍然不滿足$P_1$的需求，所以$P_1$依然被阻塞，$P_2$也還是被阻塞，發(fā)生死鎖

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死鎖解除

解除死鎖：一旦檢測(cè)出死鎖發(fā)生，就應(yīng)該立即解除死鎖。注意并不是系統(tǒng)中所有的進(jìn)程都是死鎖狀態(tài)，使用死鎖檢測(cè)算法化簡(jiǎn)資源分配圖后，還連著邊的那些進(jìn)程就是需要進(jìn)行解除的死鎖進(jìn)程。解除方法主要有：

• 資源剝奪法：掛起（暫時(shí)放到外存上）某些死鎖進(jìn)程，并搶占它的資源，將這些資源分配給其他的死鎖進(jìn)程。但是應(yīng)防止被掛起的進(jìn)程長(zhǎng)時(shí)間得不到資源而饑餓
• 撤銷進(jìn)程法(終止進(jìn)程法)：強(qiáng)制撤銷部分，甚至全部死鎖進(jìn)程，并剝奪這些進(jìn)程的資源。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但所付出的代價(jià)可能性會(huì)很大。因?yàn)橛行┻M(jìn)程可能已經(jīng)運(yùn)行了很長(zhǎng)時(shí)間，已經(jīng)接近結(jié)束了，一旦被終止可謂功虧一簣，以后還得從頭再來(lái)
• 進(jìn)程回退法：讓一個(gè)或多個(gè)死鎖進(jìn)程回退到足以避免死鎖的地步。這樣就要求系統(tǒng)要記錄進(jìn)程的歷史信息，設(shè)置還原點(diǎn)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的（数据库系统概论|王珊）第十一章并发控制-第二、三、四节：封锁、封锁协议活锁和死锁的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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