Recursos. Exemplos de recursos:

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1 Deadlocks 1. Recursos 2. Introdução aos deadlocks 3. Algoritmo Ostrich (Avestruz) 4. Detecção e recuperação de deadlocks 5. Evitar deadlocks 6. Prevenir deadlocks 7. Considerações

2 Recursos Exemplos de recursos: Impressoras Drives Tabelas Processos precisam de aceder a recursos por uma dada ordem Supondo que um processo possui um recurso A e pede o recurso B Ao mesmo tempo outro processo possui B e pede A Ambos estão bloqueados e assim permanecerão 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 2

3 Recursos Deadlock ocorrem quando... Processos têm acesso exclusivo a devices (estes devices são designados, genericamente por RECURSOS) Recursos Preemptable Podem ser retirados ao processo sem efeitos prejudiciais (e.g.: memória ) Recursos Nonpreemtable Causarão a falha do processo se lhe for retirado Deadlock surge de recursos Nompreemptable 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 3

4 Recursos Sequência de eventos necessários para usar um recurso Pedir o recurso Usar o recurso Libertar o recurso Se o pedido é negado... Pode bloquear e esperar; Pode falhar, retornando um código de erro. 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 4

5 Introdução aos deadlocks Definição Formal: Um conjunto de processos está num deadlock se cada processo no conjunto está à espera de um evento que um outro processo no conjunto pode provocar. Normalmente o evento corresponde à libertação de um recurso. Nenhum dos processos pode: Correr Libertar recursos Ser acordado 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 5

6 Quatro condições para haver deadlock Condição de Exclusão mútua Cada recurso está atribuído a 1 processo ou está disponível. Condição hold and wait Processos possuindo recursos podem pedir mais recursos Condição de No preemtion Recursos já atribuídos não podem ser retirados Condição de Espera Circular Tem de ser uma cadeia circular de 2 ou mais processos Cada processo está à espera de recursos atribuídos pelo próximo membro da cadeia. 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 6

7 Modelação de deadlocks Modelação usando Grafos Direccionais Recurso R atribuído ao processo A Processo B está à espera/pediu o recurso S Processo C e D estão num deadlock sobre os recursos T e U 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 7

8 Modelação de deadlocks Como é que ocorrem A B C 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 8

9 Modelação de deadlocks Como se podem evitar (o) (p) (q) 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/2002 9

10 Como lidar com deadlocks Estratégias para lidar com deadlocks Algoritmo da Avestruz ( Ostrich Ostrich ) Simplesmente ignorar o problema Detecção e recuperação Detectar a ocorrência de um deadlock e agir de acordo. Evitar deadlocks Alocação cuidada de recursos Prevenir deadlocks Negar uma das quatro condições necessárias 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

11 O algoritmo da Avestruz ( Ostrich ) Fingir que não há problema É aceitável se Deadlocks ocorrerem com pouca frequência Custo da prevenção for elevado UNIX e Windows seguem esta aproximação É uma escolha entre: Conveniência Correcção 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

12 Detecção e recuperação Detecção de deadlocks com um recurso de cada tipo Notar a posse de recursos e os pedidos Um ciclo pode ser encontrado no grafo, mostrando um deadlock É necessário um algoritmo para detecção de deadlocks 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

13 Detecção e recuperação Algoritmos de recuperação. Através de preemption Retirar o recurso de um outro processo sem este notar e devolver mais tarde Depende da natureza do processo Através de Rollback É necessário gravar o estado do processo periodicamente Usar o estado guardado Recomeçar o processo se se encontrar um deadlock Matando processos Grosseiro, mas uma forma simples de quebrar deadlocks Matando um dos processo no ciclo, outros processos poderão eventualmente obter os recursos Escolher processos que podem voltar a correr desde o início 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

14 Evitar deadlocks Pode-se evitar deadlocks? Sim, desde que se saiba um dado conjunto de informação à partida Como? Vamos abordar dois processos: Trajectória dos recursos Análise de estados seguros e não-seguros 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

15 Evitar deadlocks Trajectória dos recursos (Nº de instruções) Neste instante, o processo B vai entrar numa região insegura. O SO deve decidir de dá acesso ao recurso ou não... (Nº de instruções) Trajectórias dos recursos de 2 processos 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

16 Evitar deadlocks Estados seguros e não-seguros (a) (b) (c) (d) (e) Demonstração de como o estado em (a) é seguro. (Existem 10 recursos no total) Demonstrar que se em (a) atribuisse-mos 1 recurso ao processo A, o estado resultante seria inseguro! 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

17 Evitar deadlocks (a) (b) (c) Três estados de alocação de recurso: seguro,seguro e não-seguro. 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

18 Evitar deadlocks E = existentes; P = atribuídos; A = disponíveis; 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

19 Evitar deadlocks Algoritmo de bancário para múltiplos recursos Algoritmo Procurar linha (processo) cujos recursos necessários para terminar sejam inferiores ou iguais aos disponíveis ( A ). Se não existe deadlock Assim que o processo escolhido terminar, marcar como terminado e adicionar os seus recursos a A Repetir até que todos os processos tenham terminado. Observações Muito discutido na teoria e muito bom Inútil na prática porque os processos não sabem à partida quais as necessidades externas de recursos Número de processos dinâmico Evitar deadlocks é, na sua essência, impossível porque requer informação sobre pedidos futuros. 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

20 Prevenir deadlocks Atacar a condição de exclusão mútua Alguns devices (ex: impressora) podem utilizar uma lista de serviço de tarefas Só o daemon da impressora usa o recurso Deadlock na impressora eliminado Nem todos os devices podem ser spooled Princípio: Evitar atribuir recursos quando não é absolutamente necessário Reduzir ao mínimo o número de processos que pedem o recurso 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

21 Prevenir deadlocks Atacar a condição de hold and wait Precisa que os processos peçam os recursos antes de começarem O processo nunca tem de esperar pelo recurso que precisa Problemas Pode não saber os recursos necessários quando começa a correr Segura recursos que outros podiam estar a usar Variação Processo deve desistir de requerer todos os recursos E requerer apenas todos os que vais precisar de imediato Solução pouco eficiente em sistemas interactivos 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

22 Prevenir deadlocks Atacar a condição de No Preemption Não é uma opção viável Considere o exemplo de um processo que tem atribuída uma impressora...e a meio do seu trabalho o recurso é lhe retirado.!!??? 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

23 Prevenir deadlocks Atacar a condição de espera circular (a) (b) Recursos ordenados Pedido de recursos feitos por ordem numérica Grafo de recursos nunca terá ciclos Todos os processo terminam! 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

24 Como lidar com deadlocks Resumo Condição Exclusão mútua Hold and Wait No preemption Espera circular Solução Lista de espera de acessos Pedir todos os recursos inicialmente Retirar acesso a recursos Ordenar recursos numericamente 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

25 Outros tópicos Two-Phase lock (lock de recursos a duas fases) Deadlock sem alocação de recursos Starvation 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

26 Outros tópicos Two-Phase Locking Usado na actualização de records de bases de dados Fase 1 Processo tenta adquirir todos os registos que necessita, um de cada vez Se um dos registos que necessita já está atribuído, recomeça do principio (não é feito trabalho real na fase 1) Se fase 1 concluída com sucesso, passa à 2ª Fase Efectuar updates Libertar locks Tem similaridades com o requirir todos os recursos de uma só vez (Condição de Hold and Wait na prevenção de deadlocks) Funciona em algoritmos concebidos de forma a que o programa possa parar e ser reinicializado. 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

27 Outros tópicos Deadlock sem recursos Dois processos podem bloquear em Deadlock Cada um à espera que o outro cumpra uma dada tarefa Pode acontecer com semáforos Cada processo requer um down() sobre dois semáfores Se feitos por ordem errada deadlock 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

28 Outros tópicos Starvation Algoritmo para alocar recurso Pode usar o princípio Shortest-job-First Funciona bem para múltiplas tarefas de pequena dimensão no sistema Pode causar que uma tarefa pesada seja adiada indefinidamente E contudo, não bloqueada Solução: usar politica First-Come-First-Served 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/

29 Sumário da matéria Processos e Threads Noção de pseudo-paralelismo Scheduling Inter-Process Communication Eventos (sleep e signal) Mutexes e semaforos Barreiras Pipes e Sockets (modelo cliente-servidor) Deadlocks 12/16/2002 Sistemas Operativos 2001/