操作系统的死锁是什么？

当多个进程因为竞争共享资源而发生互相等待，导致进程无法继续执行的状态称为死锁。其中一个进程持有一个或多个资源并等待其他进程释放这些资源，而其他进程也在等待其他进程释放另一些资源，我们就说发生了死锁。

在操作系统中，死锁非常常见，因为操作系统必须大量地管理各种资源，如文件、内存、CPU时间等，这些资源可能被多个进程共享。当多个进程都需要相同的资源时，它们可能会等待对方释放资源，从而形成死锁。

死锁的发生通常有以下四个条件：

1. 互斥条件：一次只能有一个进程访问资源。

2. 持有和等待条件：进程已经持有一个资源，但又想要获取其他资源。

3. 非抢占条件：资源不能被操作系统强制性地从进程中获取。

4. 环路等待条件：一组进程互相等待对方释放资源，从而形成一个环路。

那么，如何避免死锁的发生呢？通常有以下几种方法：

1. 破坏互斥条件：将一些资源变为共享资源，多个进程可以同时访问。

2. 破坏持有和等待条件：要求所有进程在开始执行之前都获得它们需要的所有资源。

3. 破坏非抢占条件：如果一个进程无法获得它需要的所有资源，那么它必须释放已经持有的资源。

4. 破坏环路等待条件：规定所有进程必须按照相同的顺序请求资源。

下面是两个代码示例来演示死锁的发生：

示例1：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread1(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    printf("Thread 1: holding mutex 1\n");
    sleep(1);
    printf("Thread 1: trying to get mutex 2\n");
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    printf("Thread 1: got mutex 2\n");
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    return NULL;
}

void* thread2(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    printf("Thread 2: holding mutex 2\n");
    sleep(1);
    printf("Thread 2: trying to get mutex 1\n");
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    printf("Thread 2: got mutex 1\n");
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;

    pthread_create(&t1, NULL, thread1, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, thread2, NULL);

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
}

上述代码创建了两个线程并分别获取了两个互斥锁，但是它们获取锁的顺序不一样，其中一个线程获取了一个锁后等待另一个锁，而另一个线程则相反。这种情况就可能发生死锁。

示例2：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>

sem_t sem1, sem2;

void* thread1(void* arg) {
    sem_wait(&sem1);
    printf("Thread 1: holding semaphore 1\n");
    sleep(1);
    printf("Thread 1: waiting for semaphore 2\n");
    sem_wait(&sem2);
    printf("Thread 1: got semaphore 2\n");
    sem_post(&sem2);
    sem_post(&sem1);
    return NULL;
}

void* thread2(void* arg) {
    sem_wait(&sem2);
    printf("Thread 2: holding semaphore 2\n");
    sleep(1);
    printf("Thread 2: waiting for semaphore 1\n");
    sem_wait(&sem1);
    printf("Thread 2: got semaphore 1\n");
    sem_post(&sem1);
    sem_post(&sem2);
    return NULL;
}

int main() {
    sem_init(&sem1, 0, 1);
    sem_init(&sem2, 0, 1);

    pthread_t t1, t2;

    pthread_create(&t1, NULL, thread1, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, thread2, NULL);

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);

    sem_destroy(&sem1);
    sem_destroy(&sem2);
}

上述代码创建了两个线程并分别获取了两个信号量，同样是获取锁的顺序不一样，其中一个线程获取了一个信号量后等待另一个信号量，而另一个线程则相反。这种情况同样也可能发生死锁。

因此，我们必须小心地在编写并发程序时避免死锁的发生。