死鎖概念

死鎖是指多個進程（線程）因為長久等待已被其他進程占有的的資源而陷入阻塞的一種狀態(tài)。當?shù)却馁Y源一直得不到釋放，死鎖會一直持續(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運行，例如重啟，開門狗復位等。

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

• D 狀態(tài)死鎖

進程等待 I/O 資源無法得到滿足，長時間（系統(tǒng)默認配置 120 秒）處于 TASK_UNINTERRUPTIBLE 睡眠狀態(tài)，這種狀態(tài)下進程不響應(yīng)異步信號（包括 kill -9）。如：進程與外設(shè)硬件的交互（如 read），通常使用這種狀態(tài)來保證進程與設(shè)備的交互過程不被打斷，否則設(shè)備可能處于不可控的狀態(tài)。對于這種死鎖的檢測 Linux 提供的是 hung task 機制。觸發(fā)該問題成因比較復雜多樣，可能因為 synchronized_irq、mutex lock、內(nèi)存不足等。D 狀態(tài)死鎖只是局部多進程間互鎖，一般來說只是 hang 機、凍屏，機器某些功能沒法使用，但不會導致沒喂狗，而被狗咬死。

• R 狀態(tài)死鎖

進程長時間（系統(tǒng)默認配置 60 秒）處于 TASK_RUNNING 狀態(tài)壟斷 CPU 而不發(fā)生切換，一般情況下是進程關(guān)搶占或關(guān)中斷后長時候執(zhí)行任務(wù)、死循環(huán)，此時往往會導致多 CPU 間互鎖，整個系統(tǒng)無法正常調(diào)度，導致喂狗線程無法執(zhí)行，無法喂狗而最終看門狗復位的重啟。該問題多為原子操作，spinlock 等 CPU 間并發(fā)操作處理不當造成。本文所介紹的 Lockdep 死鎖檢測工具檢測的死鎖類型就是 R 狀態(tài)死鎖。

常見錯誤：

1. AA: 重復上鎖
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函數(shù) thread_P 和 thread_Q）都要獲取兩個鎖（分別為 lockA 和 lockB），如果 thread_P 持有 lockA 后再去獲取 lockB，而此時恰好由 thread_Q 持有 lockB 且它也正在嘗試獲取 lockA，那么此時就是處于死鎖的狀態(tài)，這是一個最簡單的死鎖例子，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);
    ......
}

下面接合時間軸來觀察死鎖發(fā)生的時機：

X 軸表示進程 P 執(zhí)行的時間軸，Y 軸表示進程 Q 執(zhí)行的時間軸。

這幅圖依據(jù)兩個進程并發(fā)時間點不同而給出了 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 P 執(zhí)行時，它可以獲得全部資源
2. Q 獲得 B，然后獲得 A；此時 P 執(zhí)行并阻塞在對 A 的請求上；Q 釋放 B 和 A，當 P 恢復執(zhí)行時，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 Q 阻塞在對 A 的請求上；P 阻塞在對 B 的請求上，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 P 阻塞在對 B 的請求上；Q 阻塞在對 A 的請求上，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 Q 執(zhí)行并阻塞在對 B 的請求上；P 釋放 A 和 B，當 Q 恢復執(zhí)行時，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 Q 執(zhí)行時，它可以獲得全部資源