Sistemas Operacionais

Transcrição

1 Sistemas Operacionais Programação Concorrente Impasses Edson Moreno

2 Sumário Princípios de Deadlock Técnicas de solução do problema Prevenir a ocorrência de deadlock Evitar a possibilidade de ocorrência de deadlock Detecção a ocorrência de deadlock e recuperar

3 Deadlock Um conjunto de processo está em deadlock se Cada processo do conjunto está bloqueado Se o bloqueio está ocorrendo pelo aguarde de um evento Se este evento somente pode ser disparado por outro processo Se este outro processo também está bloqueado Tipicamente envolve processos competindo pelo mesmo recurso

4 Deadlock em potencial Precisa dos quadrantes C e D Precisa dos quadrantes B e C Precisa dos quadrantes D e A Precisa dos quadrantes A e B

5 Deadlock real Trava até que D esteja livre Trava até que C esteja livre Trava até que A esteja livre Trava até que B esteja livre

6 Deadlock real

7 Dados dois processos P e Q Dados os process P e Q Cada qual precisa acessar a um recurso A e B por um tempo determinado

8 Diagrama de deadlock

9 Lógica alternativa Suponha que P Não necessite de ambos recursos ao mesmo tempo Assim, os processo podem ser construídos da seguinte forma...

10 Diagrama lógico alternativo

11 Exemplo Situação Há um espaço de 200Kbytes para ser alocado A seguinte seqüência de eventos ocorre... P1 Request 80 Kbytes;... Request 60 Kbytes;... P2 Request 70 Kbytes;... Request 80 Kbytes; Deadlock ocorre se ambos processos progredirem para sua segunda requisição

12 Grafo de alocação de recurso Grafo dirigido Detalha um estado de um recurso ou processo

13 Alocação de recursos - Grafo de deadlock

14 Condições de um possível Deadlock Exclusão mútua Apenas um processo pode usar o recurso por vez Segurar e esperar Um processo pode conter recursos alocados enquanto aguarda a atribuição de outros Sem preempção Nenhum recurso pode ser forçosamente removido de um processo que o detem

15 Deadlocks reais requerem As três condições previamente apresentadas, mais: Dependência circular Fechamento de um ciclo entre processo existentes Cada processo segura pelo menos um recurso necessário por outro processo da cadeia

16 Tratando deadlocks Quatro abordagens gerais Desconsiderar a ocorrência de deadlock Prevenir a possibilidade de ocorrência de deadlock Evitar a ocorrência de deadlocks Detectar a ocorrência de deadlock e recuperar

17 Algoritmo do avestruz Estratégia mais econômica Projetista tem conhecimento de que o problema pode ocorrer, mas Finge que não há problemas Decisão é tomada levando em consideração Frequência com que isto pode ocorrer O problema que isto pode causar Desempenho do sistema pode ser prejudicado pela observação Rotina de observação pode causar lentidão Da ocorrência de deadlock Trata-se o problema

18 Previnindo a ocorrência de deadlock

19 Previnir a ocorrência de deadlock Ação tomada durante a elaboração do projeto de um sistema Ação realizada de forma estática Exclui a possibilidade de ocorrência de um deadlock Dois métodos principais Indireto Previne uma das três condições necessárias para a ocorrência de um deadlock Exclusão mútua segura e espera sem preempção Direto Previne a ocorrência de dependência circular

20 Previnir a ocorrência de deadlock Formas de prevenção Exclusão mútua Se o acesso a um recurso requer exclusão mútua então deve ser suportada pelo OS Segura e aguarda Um processo requer todos os recursos necessários de uma só vez Somente é liberado o acesso quando todos os recursos estão disponíveis Sem preempção Considerando um processo Que segura alguns recursos Requer outro(s), que lhe são negados Então o O processos deve liberar os recursos que possui e requisitá-los novamente Dependência circular Definir uma requisição linear dos recursos

21 Evitando a possibilidade de ocorrência de deadlock

22 Evitar a possibilidade Ação tomada durante a elaboração do projeto de um sistema Ação realizada de forma dinâmica Decisão é tomada durante a execução Se o atendimento a requisição a um recurso pode levar a uma situação de deadlock Exigência para tal abordagem Ter conhecimento de requisições futuras de processos

23 Evitar a possibilidade Abordagens para evitar tal ocorrência Negação da inicialização de um processo Não permitir que um processo inicie se pode levar a um deadlock Negação de alocação de recursos a um processo Não libera um recurso para um processo se este potencialmente levar a ocorrência de deadlock

24 Evitar a possibilidade Negação de inicialização de processos Parâmetros avaliados Recursos atualmente em uso pelos processos existentes Recursos que serão solicitados pelo novo processo Decisão Nega se ultrapassar um dado valor máximo Filosofia Assume a ocorrência de pior caso (Murphy) Existe a possibilidade dos processos existente solicitarem juntos os recursos

25 Evitar a possibilidade Negação de alocação de recurso Referido como o algoritmo do banqueiro Considera um sistema com Número fixo de recursos Número fixo de processos Zero ou mais processos alocando recursos Explora o conceito de estados Estado : Situação corrente de recursos e processos em um sistema Estado seguro: Situação onde há pelo menos uma seqüência que não cause deadlock Estado não seguro: Situação onde uma situação de deadlock pode ser encontrada

26 Evitar a possibilidade Estado Reflete a alocação corrente de recursos a processos Representado por Dois vetores o Recursos (R i ) Lista a quantidade total existente de cada recurso no sistema o Disponibilidade (V i ) Lista a quantidade total de recursos ainda não alocados no sistema Duas matrizes o Requisições (C ij ) Vincula as requisições de um processo i a um recurso j o Alocações (A ij ) Vincula as alocações correntes de um processo i a um processo j

27 Evitar a possibilidade Determinando estado seguro Considere Um sistema consistindo de quatro processos e três recursos As alocações são feitas para os processos Há um estado seguro? Quantidade de recursos existentes Recursos disponíveis pós alocação

28 Evitar a possibilidade Dado (C ij - A ij ) V j, para todo j, tal que i representa um processo j representa os recursos C ij :representa as requisição de recursos pelos processos A ij : representa as alocações de recursos para processos V j : representa a quantidade ainda disponivel de um recurso P1 não pode concluir sua execução pois Possui uma unidade de R1 mas requer 2 mais duas Requer ainda duas unidades de R2 e duas unidades de R3. Se associarmos uma unidade de R3 para P2 Este possuirá o número de requisitos alocados Poderá completar sua execução Posteriormente liberar tais recursos

29 Evitar a possibilidade Concluída a execução de P2 Algum dos processo restantes pode ser executada até o fim? Sim, tanto P1 quanto P3 quanto p4 P2 é finalizado

30 Evitar a possibilidade Concluída a execução de P1 Tanto P3 quanto P4 podem ser executados até o final

31 Evitar a possibilidade Concluída a execução de P3 P4 pode ser executado até o final Desta foram um estado seguro de execução é garantido

32 Evitar a possibilidade Como determinar um estado não seguro Dado o estado inicial

33 Evitar a possibilidade Como determinar um estado não seguro Supondo que P1 aloque uma unidade a mais de R1 e de R3

34 Evitar a possibilidade Determinando um estado não seguro Das alocações de R1 e R3 por P1 Cada processo vai necessitar de pelo menos uma unidade de R1 Não há como qualquer processo ser completado Conseqüência Existe uma possibilidade de ocorrência de deadlock Para evitar a ocorrência de deadlock P1 deve ter seu pedido negado e ser bloqueado

35 Evitar a possibilidade Determinando um estado não seguro A observação anterior não garante que um deadlock ocorrerá Sistema pode retornar a um estado seguro P1 libera os recursos R1 e/ou R3 antes destes serem requisitados Técnica de evitar deadlock Não prediz a ocorrência Antecipa a possibilidade de ocorrência

36 Evitar a possibilidade Fluxo de operação Quando um processo faz uma requisição a um conjunto de recursos Assume-se que a requisição será atendida Atualiza o estado do sistema Determina se a liberação resulta em um estado seguro Em caso positivo A requisição realmente é atendida Em caso negativo Bloqueia o processo até a garantir de atendimento que leve a um estado seguro

37 Evitar a possibilidade Vantagens da técnica Não é necessário Preemptar um processo Reestabelecer o estado anterior É menos restritivo que a técnica de eliminação Restrições Conhecimento prévio O número máximo de recursos a serem requeridos Processo avaliados devem Ser independentes Não requerer sincronização Deve haver um número fixo de recursos a alocar Nenhum processo deve sair do sistema enquanto segura um recurso

38 Detecção de deadlock e recuperação do sistema

39 Detecção de deadlock e recuperação Abordagem anterior Extremamente conservadoras Limita o acesso a recursos Impõem restrições aos processo Abordagem de detecção e recuperação Disponibiliza o recurso sempre que possível Avalia com frequência a possível ocorrência de deadlock Realizada pela análise periódica do grafo de alocação Frequência de avaliação pode ser ajustada Permite determinar se há deadlock

40 Detecção de deadlock Dada o seguinte cenário Elementos Processos de A a G Recursos de S a W Uso e requisições de recursos Processo A - Possui o recurso R, Requisita S Processo B - Requisita T Processo C - Requisita S Processo D - Possui o recurso U, Requisita S e T Processo E - Possui o recurso T, Requisita V Processo F - Possui o recurso W, Requisita S Processo G - Possui o recurso V, Requisita U

41 Detecção de deadlock Algoritmo de detecção de deadlock Para cada nó, execute os passos que segue Passo 1: Inicializar uma lista vazia (L) e assinale os arcos como desmarcados Passo 2: Insira o nó atual no final da lista (L) e analise se o nó aparece duas vezes Se sim: há um ciclo (finaliza-se a execução do algoritmo) Se não: ainda não foi detectado ciclo (siga para o passo 3) Passo 3: No nó corrente, verificar se há um arco de saída desmarcado Se sim, siga para o passo 4, senão siga para o passo 5 Passo 4 Escolha uma das saídas desmarcadas Marque-a, siga-o para obter o novo nó, e vá para o passo 2 Passo 5 Se o nó é o inicial, então não há ciclo e o algoritmo pode ser encerrado Se o nó não é o inicial, então o final foi alcançado Remova-o da lista; volte ao nó anterior; marque-o como o nó atual e volta ao passo 2

42 Recuperação de deadlock Estratégia de Recuperação Aborta-se a execução dos processos em deadlock Forma mais simples de resolver um deadlock Elimina ao menos um processo do ciclo Salva-se cada processo em deadlock Rollback Armazena-se algum ponto pré-definido no código (checkpoint) Reinicia-se os processos o Pode-se alcançar a mesma ocorrência de deadlock Garantindo a eliminação do deadlock Preempções do uso dos recursos Captura um recurso de um processo e entrega a outro Depende da natureza do recurso