Мертвые и живые блокировки
Потом ударили морозы.
Замерзло все, лиса ушла в кредит.
Медведь же вмерз в дупло
И до сих пор глядит.
Б. Гребенщиков
Решив проблему взаимоисключения для одиночных разделяемых ресурсов, мы еще не можем расслабляться. Дело в том, что если мы используем любые механизмы взаимоисключения для доступа к нескольким различным ресурсам, может возникнуть специфическая проблема, называемая мертвой блокировкой (dead lock).
Рассмотрим две нити, каждая из которых работает с двумя различными ресурсами одновременно. Например, одна нить копирует данные со стриммера на кассету Exabyte, а другая – в обратном направлении. Доступ к стриммеру контролируется флаговой переменной flag1, а к кассете – flag2 (вместо флаговых переменных могут использоваться и более сложные средства взаимоисключения).
Первая нить сначала устанавливает flag1, затем fiag2, вторая поступает наоборот. Поэтому, если вторая нить получит управление и защелкнет flag2 в промежутке между соответствующими операциями первой нити, то мы получим мертвую блокировку (рис. 7.1) – первая нить никогда не освободит flag1, потому что стоит в очереди у переменной flag2, занятой второй нитью, которая стоит в очереди у flag1, занятой первой.
Рис. 7.1. Мертвая блокировка
Все остальные нити, пытающиеся получить доступ к стриммеру или кассете, также будут становиться в соответствующие очереди и ждать, пока администратор не снимет одну из "защелкнувшихся" задач.
Цикл взаимного ожидания может состоять и из большего количества нитей Возможна также мертвая блокировка с участием только одной нити и одного ресурса: для этого достаточно попытаться захватить одну и ту же флаговую переменную два раза. Критерием блокировки является образование замкнутого цикла в графе ожидающих друг друга задач.
Эта проблема может быть решена несколькими способами. Часто применяемое решение, обладающее, впрочем, серьезными недостатками – это отправка сообщения программе о том, что попытка установить примитив взаимоисключения приведет к мертвой блокировке. Это решение опасно во-первых, тем, что сильно усложняет кодирование: теперь мы вынуждены принимать во внимание не только возможность захвата примитива другой нитью, но и более сложные ситуации. Во-вторых, получив ошибку установки флага, программист испытывает сильный соблазн сделать именно то, чего делать в данном случае нельзя: повторить попытку захвата ресурса.