Sistemas Operacionais

Programação ConcorrenteImpasses

Edson Morenoedson.moreno@pucrs.br

http://www.inf.pucrs.br/~emoreno

mailto:emoreno@unisinos.br

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

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

Deadlock em potencial

Precisa dos

quadrantes A

e B

Precisa dos

quadrantes B

e C

Precisa dos

quadrantes C

e D

Precisa dos

quadrantes D

e A

Deadlock real

Trava até que

B esteja livre

Trava até que

C esteja livre

Trava até que

D esteja livre

Trava até que

A esteja livre

Deadlock real

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

Diagrama de deadlock

Lógica alternativa

Suponha que P

Não necessite de ambos recursos ao mesmo tempo

Assim, os processo podem ser construídos da seguinte forma...

Diagrama lógico alternativo

Exemplo

Situação

Há um espaço de 200Kbytes para ser alocado

A seguinte seqüência de eventos ocorre

Deadlock ocorre se ambos processos progredirem para sua

segunda requisição

P1

. . .

. . .Request 80 Kbytes;

Request 60 Kbytes;

P2

. . .

. . .Request 70 Kbytes;

Request 80 Kbytes;

Grafo de alocação de recurso

Grafo dirigido

Detalha um estado de um recurso ou processo

Alocação de recursos - Grafo de deadlock

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

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

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

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

Previnindo a ocorrência de deadlock

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

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

Previnir a ocorrência de deadlock

Evitando a possibilidade de ocorrência de deadlock

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

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

Evitar a possibilidade

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

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

Evitar a possibilidade Estado Reflete a alocação corrente de recursos a processos

Representado por

Dois vetores

o Recursos (Ri)

• Lista a quantidade total existente de cada recurso no sistema

o Disponibilidade (Vi)

• Lista a quantidade total de recursos ainda não alocados no sistema

Duas matrizes

o Requisições (Cij)

• Vincula as requisições de um processo i a um recurso j

o Alocações (Aij)

• Vincula as alocações correntes de um processo i a um processo j

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

Evitar a possibilidade Dado (Cij - Aij) ≤ Vj, para todo j, tal que

i representa um processo

j representa os recursos

Cij:representa as requisição de recursos pelos processos

Aij: representa as alocações de recursos para processos

Vj: 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

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

Concluída a execução de P1

Tanto P3 quanto P4 podem ser executados até o final

Evitar a possibilidade

Concluída a execução de P3

P4 pode ser executado até o final

Desta foram um estado seguro de execução é garantido

Evitar a possibilidade

Evitar a possibilidade

Como determinar um estado não seguro Dado o estado inicial

Evitar a possibilidade

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

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

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

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

Evitar a possibilidade

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

Detecção de deadlock e recuperação do sistema

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

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

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

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

Recuperação de deadlock