Operační systémy Přednášky pro výuku předmětu Operační systémy Ing. Antonín Vaněk, CSc. DFJP, Univerzita Pardubice září 2003

Kapitola 6 Konkurence procesů: zablokování a vyhladovění

Zablokování (deadlock)  možný překlad: vzájemné zablokování, smrtící objetí  termín pochází ze sportu (zápas)  trvalé zablokování skupiny procesů které buď soupeří o systémové prostředky nebo mezi sebou komunikují  vzniká konfliktem požadavků na prostředky od dvou nebo více procesů

Příklad na deadlock

Opakovaně použitelné prostředky Reusable Resources  v daném okamžiku je může používat pouze jeden proces a nejsou tímto použitím vyčerpány  proces může získat takový prostředek a pak jej opět uvolnit pro použití jiným procesem  čas procesoru, I/O kanály, operační a sekundární paměť, soubory, databáze, semafory...  deadlock nastává, jestliže proces již nějaký nějaký prostředek drží a žádá o přidělení dalšího

Příklad zablokování procesů  dva procesy soupeří o paměť  celkem je možné přidělit 200KB paměťového prostoru  nastane následující posloupnost událostí  deadlock nastává, když oba procesy dospějí k druhému požadavku P1... Request 80K bytes; Request 60K bytes; P2... Request 70K bytes; Request 80K bytes;

Spotřebitelné prostředky  prostředky vytvářené a ručené procesy  přerušení, signály, zprávy, informace v I/O bufferech...  deadlock může nastat, když je příjem zprávy blokující  kombinace vedoucí k vzájemnému zablokování může být velmi vzácná

Příklad zablokování procesů  deadlock nastává, pokud je receive blokující P1... Receive(P2); Send(P2); P2... Receive(P1); Send(P1);

Podmínky vzniku stavu deadlock  vzájemné vylučování  v daném čase může prostředek používat pouze jeden proces  Hold-and-wait  proces může držet prostředek v době, kdy žádá o přidělení dalšího  systém bez preempce  již přidělený prostředek nemůže být procesu násilně odebrán

Podmínky vzniku stavu deadlock  kruhové čekání (Circular Wait)  existuje uzavřený řetězec procesů takový, že každý proces drží nejméně jeden prostředek, který potřebuje následující proces v řetězci  je to důsledek předešlých tří podmínek  mohou být potřebné i další podmínky, ale jejich splnění není dostatečné pro vznik vzájemného blokování

Circular Wait Resource B Resource A Process P1 Process P2 Requests Held by Requests Held By

Prevence stavu deadlock  Vzájemné vylučování  nelze se mu vyhnout !!!  Hold-and-Wait  lze zajistit, aby procesy požadovaly všechny prostředky najednou  pak lze proces blokovat, dokud nemohou být všechny jeho požadavky zajištěny současně  proces může čekat na takovou situaci velmi dlouho  prostředky alokované procesu mohou zůstat dlouhou dobu nevyužity. Tyto prostředky mohou být použity jinými procesy

 Bezpečný stav  existuje postup, jak dokončit všechny procesy, aniž by nastal deadlock tzv. bezpečná sekvence (safe sequence)  Nebezpečný stav  stav, kdy může (ale nemusí) nastat deadlock  OS musí udržovat bezpečný stav, aby se vyhnul případnému vzájemnému zablokování procesů (deadlock) Algoritmus bankéře

 výchozí předpoklady  pevný počet prostředků  pevný počet procesů  všechny procesy musí deklarovat předem své maximální požadavky  požadavky procesu jsou akceptovány pouze pokud jeho maximální požadavky nepřekročí celkový počet prostředků  procesy mohou získat v daném okamžiku pouze jeden prostředek Algoritmus bankéře

 prostředek je alokován pouze pokud výsledkem alokace je opět bezpečný stav  algoritmus předchází vzniku cyklického čekání (circular wait)  algoritmus má některé slabiny  nelze vždy garantovat pevný počet prostředků  v multiprogramovém prostředí nelze vždy zajistit pevný počet procesů  procesy nemohou vždy předem znát maximální požadavky na prostředky Algoritmus bankéře

Prevence stavu deadlock  preempce  když je procesu odmítnuto přidělení dalšího prostředku, musí proces uvolnit již získané prostředky  systém musí umožňovat, aby se proces mohl vrátit do předešlého stavu  praktické použitelné pouze tam, kde stav může být snadno uložen a pak obnoven zpět  např. stav procesoru

Prevence stavu deadlock  kruhové čekání  pro prostředky definovat lineární uspořádání  jakmile je nějaký prostředek přidělen, mohou být jako další přiděleny již jen prostředky s vyšším pořadovým číslem  může bezdůvodně odmítnout přidělení prostředků

Detekce stavu deadlock  OS může testovat, zda nenastal deadlock  test se provádí při příjmu požadavku na prostředky  včasná detekce stavu deadlock  časté testování spotřebovává čas procesoru  periodické testování

Vyloučení stavu deadlock  nestartovat procesy, jejichž požadavky by mohly způsobit deadlock  nepovolit inkrementální požadavky na prostředky procesům, pokud by takové požadavky mohly způsobit deadlock  není nutná preempce a rollback procesů

Vyloučení stavu deadlock  na začátku musí program specifikovat maximální požadavky na prostředky  uvažované procesy musí být nezávislé – bez požadavků na synchronizaci  počet alokovatelných prostředků musí být omezený  žádný proces nesmí skončit, dokud neuvolní obsazené prostředky

Strategie odstraňování stavu deadlock  násilně ukončit všechny vzájemně zablokované procesy  obnovit vzájemně zablokované procesy ze zálohy v bodě, kde dosud neexistoval deadlock, a procesy restartovat  tím ovšem může opět vzniknout původní deadlock  postupně násilně ukončovat jednotlivé vzájemně zablokované procesy, dokud deadlock nezmizí  postupně násilně odebírat procesům prostředky, dokud deadlock nezmizí

Výběrová kriteria při ukončování procesů  nejmenší dosud spotřebovaný čas procesoru  nejmenší objem dosud vygenerovaných výstupních dat  Nejdelší odhadnutý čas zbývající do dokončení  nejmenší počet dosud přidělených prostředků  nejnižší priorita

Vyhladovění (Starvation)  při čekání na přidělení prostředků  proces nemůže získat přístup k požadovanému prostředku v důsledku obsazení prostředku jinými procesy ... a nikdy se ho nedočká  při komunikaci procesů  dva procesy si stále vyměňují zprávy, zatímco jiný proces čeká na zprávu ... a nikdy se jí nedočká  typický důsledek nízké priority