Wykład nr 8: Zakleszczenia

Prezentacja na temat: "Wykład nr 8: Zakleszczenia"— Zapis prezentacji:

1 Wykład nr 8: Zakleszczenia
Systemy operacyjne Wykład nr 8: Zakleszczenia Piotr Bilski

2 Pojęcia podstawowe Zakleszczenie to nieskończone oczekiwanie procesów na zasoby, których nie mogą otrzymać Przewidywanie zakleszczeń – graf przydziału zasobów Unikanie i zapobieganie zakleszczeniom Wykrywanie i likwidowanie zakleszczeń

3 Założenia System posiada skończoną ilość zasobów
Poszczególne zasoby mogą być zwielokrotnione Działania na zasobach odbywają się poprzez funkcje systemowe Proces korzysta z zasobu poprzez: Zamówienie Użycie Zwolnienie

4 Warunki wystąpienia zakleszczenia
Wzajemne wykluczanie – istnieje zasób niepodzielny Przetrzymywanie i oczekiwanie – istnieje proces posiadający zasób i czekający na inny Brak wywłaszczeń – procesu nie można pozbawić zasobu Czekanie cykliczne – istnieje cykl procesów czekających na zasoby przetrzymywane przez inne procesy w cyklu

5 Graf przydziału zasobów
Służy do opisu zależności zasobów między procesami Zawiera zbiory wierzchołków i krawędzi Wierzchołki to procesy (P) i zasoby (Z) Krawędź od procesu do zasobu to krawędź zamówienia Krawędź od zasobu do procesu to krawędź przydziału

6 Graf przydziału - przykład

7 Przykład zakleszczenia
P1→Z2→P2→Z4→P3→Z1→P1 P2→Z4→P3→Z1→P2 P1 P2 P3 Z1 Z3

8 Przykład cyklu bez zakleszczenia
P1→Z1→P2→Z3→P1 P4 P1 P2 P3 Z3 Z1

9 Obsługa zakleszczeń Protokół gwarantujący brak zakleszczeń (zapobieganie lub unikanie zakleszczeń) Po wystąpieniu zakleszczenia wykrycie i usunięcie go Ignorowanie zakleszczeń

10 Zapobieganie zakleszczeniom
Zaprzeczenie warunku wzajemnego wykluczania – trudne (niektóre zasoby niepodzielne)! Aby zamówić zasób, proces nie może posiadać innych zasobów (protokoły) Zapobieganie oczekiwaniu na zasób Numerowanie zasobów i wymaganie zamawiania ich w porządku rosnącym Wada – słabe wykorzystanie zasobów

11 Unikanie zakleszczeń Konieczna informacja o kolejności i typach zamawianych zasobów Każdy proces deklaruje, jaką maksymalną liczbę zasobów określonego typu będzie potrzebować Decyzję o przyznaniu zasobów podejmuje system Algorytm unikania zakleszczenia zapobiega powstawaniu cykli

12 Stan bezpieczny Jest to sytuacja, w której jest możliwy przydział zasobów poszczególnym procesom bez powstawania zakleszczenia Warunek konieczny: istnienie ciągu bezpiecznego procesów W przeciwnym wypadku występuje stan zagrożenia

13 Stan bezpieczny - przykład
Procesy Max zapotrzebowanie Aktualne zapotrzebowanie P0 10 5 P1 4 2 P2 9 System dysponuje 12 jednostkami zasobów Potrzeby procesu Pi muszą być zaspokojone od razu, lub po zwolnieniu zasobów przez procesy Pj, gdzie i>j Ciąg <P1, P0, P2> jest bezpieczny t0: P0 = 5 (10), P1 = 4 (4), P2=2 (9) t1: P0 = 5 (10),P1 = 4 (4), P2 = 3 (9) – danger!!!

14 Algorytm grafu przydziału zasobów
Stosowany, gdy każdy zasób ma tylko jeden egzemplarz Oparty na grafie przydziału zasobów Krawędź deklaracji informuje o możliwości zamówienia zasobu przez proces Podczas rzeczywistego zamówienia krawędź deklaracji zamieniana jest na krawędź zamówienia, przy zwolnieniu -odwrotnie

15 Graf przydziału zasobów - przykład
Stan zagrożenia (cykl!)

16 Algorytm bankiera Stosowany, gdy zasoby mają wiele egzemplarzy
Każdy proces deklaruje maksymalną liczbę egzemplarzy zasobu do użycia System decyduje, czy przydział zasobu nie powoduje ryzyka zakleszczenia

17 Algorytm bankiera – struktury danych
Dostępne Maksymalne … m … n m Maksymalne[i,j]=k Proces Pi może zamówić k egzemplarzy zasobu Zj

18 Algorytm bankiera – struktury danych (c.d.)
Przydzielone Potrzebne Przydzielone[i,j]=k Proces Pi ma przydzielone k egzemplarzy zasobu Zj … n m … n m Potrzebne[i,j]=k Proces Pi potrzebuje jeszcze k egzemplarzy zasobu Zj

19 Algorytm bezpieczeństwa
Roboczy i Skończone to wektory o długości m i n. Najpierw: Roboczy=Dostępne, Skończone[i] = F Znajdujemy i, dla którego Skończone[i] == F Potrzebnei <= Roboczy Roboczy = Roboczy + Przydzielone Jeśli Skończone[i] == T, dla każdego i, to system jest w stanie bezpiecznym

20 Algorytm zamawiania zasobów
Zamówienia to wektor zamówień poszczególnych zasobów przez proces Podczas zamówienia wykonywane są operacje: Jeśli Zamówienia > Potrzebne – zgłoś błąd Jeśli Zamówienia > Dostępne – czekaj Przydziel zasoby: Dostępne = Dostępne – Zamówienia Przydzielone = Przydzielone + Zamówienia Potrzebne = Potrzebne - Zamówienia

21 <P1, P3, P4, P2, P0> - cykl spełniający kryterium bezpieczeństwa
Realizacja Przydzielone Maksymalne Potrzebne A B C P0 7 5 3 P1 2 P2 9 P3 P4 4 A B C P0 7 4 3 P1 1 2 P2 6 P3 P4 A B C P0 1 P1 2 P2 3 P3 P4 Dostępne A B C 3 2 <P1, P3, P4, P2, P0> - cykl spełniający kryterium bezpieczeństwa

22 Realizacja (c.d.) Zamówienia1 = (1,0,2) Zamówienia1 <= Dostępne? A
B C 3 2 Przydzielone Potrzebne A B C P0 7 4 3 P1 2 P2 6 P3 1 P4 Dostępne A B C P0 1 P1 3 2 P2 P3 P4 A B C 2 3 <P1, P3, P4, P0, P2> - cykl spełniający kryterium bezpieczeństwa

23 Wykrywanie zakleszczeń
Jeśli zakleszczenie może wystąpić, to potrzebne są algorytmy: Sprawdzający stan systemu na obecność zakleszczenia Likwidujący zakleszczenie Istnieją wersje algorytmów dla pojedynczych i wielokrotnych typów zasobów

24 Wykrywanie zakleszczeń dla zasobów pojedynczych
Wykorzystuje graf oczekiwania Zawiera wyłącznie wierzchołki procesów powiązane zależnościami zasobów: Pi→Pj  Pi → Zq, Zq → Pj Zakleszczenie może zaistnieć, gdy w grafie istnieje cykl

25 Wykrywanie zakleszczeń dla zasobów pojedynczych - przykład
graf oczekiwania

26 Wykrywanie zakleszczeń dla zasobów wielokrotnych
Struktury wykorzystywane: Wektor Dostępne, macierze Przydzielone i Zamówienia Algorytm odbiera zasoby procesowi, jeśli posiada on wszystko, czego potrzebuje

27 Wykrywanie zakleszczeń dla zasobów wielokrotnych - przykład
Przydzielone Zamówienia Dostępne A B C P0 P1 2 P2 P3 1 P4 A B C A B C P0 1 P1 2 P2 3 P3 P4 <P0, P2, P3, P1, P4> - cykl nie będący w stanie zakleszczenia

28 Zakleszczenie - przykład
Przydzielone Zamówienia Dostępne A B C P0 P1 2 P2 1 P3 P4 A B C A B C P0 1 P1 2 P2 3 P3 P4 <P0, P2, P3, P1, P4> - cykl nie będący w stanie zakleszczenia

29 Likwidowanie zakleszczeń
Metody są stosowane w przypadku wykrycia zakleszczenia Dwa podejścia: Zaniechanie wszystkich zakleszczonych procesów Usuwanie pojedynczych procesów do momentu wyeliminowania zakleszczenia Problemem są zasoby użytkowane przez proces w momencie zaniechania

30 Likwidowanie zakleszczeń – c.d.
Kryteria wyboru procesu do zaniechania: Priorytet Wiek i pozostały czas życia Ilość wykorzystywanych zasobów Ilość zasobów potrzebnych Charakter procesu (pierwszo- czy drugoplanowy)