jest scharakteryzowane przez: wektor maksymalnych żądań (ang. claims), T oznaczający maksymalne żądanie zasobowe zadania P j

Transkrypt

1 Systemy operacyjne Zaleszczenie Zaleszczenie Rozważmy system sładający się z n procesów (zadań) P 1,P 2,...,P n współdzielący s zasobów nieprzywłaszczalnych tzn. zasobów, tórych zwolnienie może nastąpić jedynie z inicjatywy zadania dysponującego zasobem. Każdy zasób słada się z m jednoste dla =1,2,...,s. Jednosti zasobów tego samego typu są równoważne. Każda jednosta w ażdej chwili może być przydzielona tylo do jednego zadania, czyli dostęp do nich jest wyłączny. W ażdej chwili zadanie P j jest scharateryzowane przez: wetor masymalnych żądań (ang. claims), C T ) = [ C1 ), C2( Pj ),, Cs )] oznaczający masymalne żądanie zasobowe zadania P j w dowolnej chwili czasu wetor atualnego przydziału (ang. current allocations), T A ) = [ A1 ), A2 ),, As )] wetor rang zdefiniowany jao różnica między wetorami C i A, H P ) = C( P ) A( P ) ( j j j (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 3

2 Zaleszczenie (2) Załadamy, że jeżeli żądania zadania przydziału zasobów są spełnione w sończonym czasie, to zadanie to zaończy się w sończonym czasie i zwolni wszystie przydzielone mu zasoby. Na podstawie liczby zasobów w systemie oraz wetorów atualnego przydziału można wyznaczyć wetor zasobów wolnych f, gdzie T f = f, f,, f ] [ 1 2 s gdzie n f = m A ) = 1,2,, s j= 1 (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 4 Typy żądań Wyróżniamy dwa typy żądań, tóre mogą być wygenerowane przez ażde zadanie P j żądanie przydziału dodatowych zasobów (ang. request for resource allocation), a a a a T ρ ) = [ ρ1 ), ρ 2 ),, ρ s )] gdzie a ρ ) jest liczbą jednoste zasobu R żądanych dodatowo przez P j żądanie zwolnienia zasobu (ang. request for resource release), r r r r T ρ ) = [ ρ1 ), ρ 2 ),, ρ s )] gdzie r ρ ( P j ) jest liczbą jednoste zasobu R zwalnianych przez P j (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 5

3 Łatwo wyazać: a ρ ) H ) j ρ r P ) A ( P ) j Zadanie przebywające w systemie ( j j Oczywiście żądanie przydziału dodatowego zasobu może być spełnione tylo wówczas gdy: a ρ ) f j = 1,2,, s Przez zadanie przebywające w systemie rozumiemy zadanie, tóremu przydzielono co najmniej jedną jednostę zasobu. Stan systemu jest zdefiniowany przez stan przydziału zasobu wszystim zadaniom. Mówimy, że stan jest realizowalny jeżeli jest spełniona następująca zależność: n j= 1 A ) m = 1,2,, s (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 6 Stan bezpieczny Stan systemu nazywamy stanem bezpiecznym (ang. safe) ze względu na zaleszczenie, jeżeli istnieje sewencja wyonywania zadań przebywających w systemie oznaczona {P 1,P 2,...,P n } i nazywana sewencją bezpieczną, spełniającą następującą zależność: j 1 j i H ( P ) f + A ( P ) i= 1 = 1,2, s j = 1,2,, n W przeciwnym razie, tzn. jeżeli sewencja taa nie istnieje, stan jest nazywany stanem niebezpiecznym. Innymi słowy, stan jest bezpieczny jeżeli istnieje taie uporządowanie wyonywania zadań, że wszystie zadania przebywające w systemie zostaną zaończone. Powiemy, że tranzycja stanu systemu wyniająca z aloacji zasobów jest bezpieczna, jeżeli stan ońcowy jest stanem bezpiecznym. (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 7

4 Zaleszczenie defninicja Przez zaleszczenie (ang. deadloc) rozumieć będziemy formalnie stan systemu, w tórym spełniany jest następujący warune: Ω Φ j Ω ρ > f + A ( P ) i Ω gdzie Ω jest zbiorem indesów (lub zbiorem zadań) a Mówimy, że system jest w stanie zaleszczenia (w systemie wystąpił stan zaleszczenia), jeżeli istnieje niepusty zbiór Ω zadań, tóre żądają przydziału dodatowych zasobów nieprzywłaszczalnych będących atualnie w dyspozycji innych zadań tego zbioru. Innymi słowy, system jest w stanie zaleszczenia, jeżeli istnieje niepusty zbiór Ω zadań, tórych żądania przydziału dodatowych zasobów nieprzywłaszczalnych nie mogą być spełnione nawet jeśli wszystie zadania nie należące do Ω zwolnią wszystie zajmowane zasoby. i Jeżeli Ω Φ, to zbiór ten nazywamy zbiorem zadań zaleszczonych. (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 8 Graf aloacji zasobów P 1 R 2 R 1 R 3 P 2 P 3 Legenda: P i R j proces P i zasób R j posiadający 3 jednosti w systemie P i R j proces P i posiadający jednostę zasobu R j P i R j proces P i żądający jednosti zasobu R j (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 9

5 Grafy oczeiwania Z grafu aloacji zasobów można uzysać graf uproszczony przez usunięcie węzłów zasobowych i złączenie odpowiednich rawędzi. To uproszczenie wynia z obserwacji, że zasób może być jednoznacznie identyfiowany przez bieżącego właściciela. Ten uproszczony graf jest nazywany grafem oczeiwania (ang. wait-for-graph). P 1 P 1 R 2 R 1 uproszczenie P 3 P 2 P 3 P 2 (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 10 Waruni onieczne wystąpienia zaleszczenia Warunami oniecznymi wystąpienia zaleszczenia są: 1. Wzajemne wyluczanie (ang. mutual exclusion condition), W ażdej chwili zasób może być przydzielony co najwyżej jednemu zadaniu. 2. Zachowywanie zasobu (ang. wait for condition), Proces oczeujący na przydzielenie dodatowych zasobów nie zwalnia zasobów będących atualnie w jego dyspozycji. 3. Nieprzywłaszczalność (ang. non preemption condition), Zasoby są nieprzywłaszczalne tzn. ich zwolnienie może być zainicjowane jedynie przez proces dysponujący w danej chwili zasobem. 4. Istnienie cylu oczeiwań (ang. circular wait condition), Występuje pewien cyl procesów z tórych ażdy ubiega się o przydział dodatowych zasobów będących w dyspozycji olejnego procesu w cylu. (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 11

6 Przeciwdziałanie zaleszczeniom Konstrucje systemów immanentnie wolnych od zaleszczenia (ang. construction of deadloc free systems) Podejście to polega w ogólności na wyposażeniu systemu w taą liczbę zasobów, aby wszystie możliwe żądania zasobowe były możliwe do zrealizowania. Przyładowo, uzysuje się to, gdy liczba zasobów ażdego rodzaju jest nie mniejsza od sumy wszystich masymalnych i możliwych jednocześnie żądań. Detecja zaleszczenia i odtwarzanie stanu wolnego od zaleszczenia (ang. detection and recovery). W podejściu detecji i odtwarzania, stan systemu jest periodycznie sprawdzany i jeśli wyryty zostanie stan zaleszczenia, system podejmuje specjalne acje w celu odtworzenia stanu wolnego do zaleszczenia. Unianie zaleszczenia (ang. avoidance). W podejściu tym załada się znajomość masymalnych żądań zasobowych. Każda potencjalna tranzycja stanu jest sprawdzana i jeśli jej wyonanie prowadziłoby do stanu niebezpiecznego, to żądanie zasobowe nie jest w danej chwili realizowane. Zapobieganie zaleszczeniu (ang. prevention) W ogólności podejście to polega na wyeliminowaniu możliwości zajścia jednego z warunów oniecznych zaleszczenia (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 12 Algorytm Habermana Detecja zaleszczenia 1. Zainicjuj D := {1, 2,...,n} i f; 2. Szuaj zadania o indesie j D taiego, że ρ α (P j ) f 3. Jeżeli zadanie taie nie istnieje, to zbiór zadań odpowiadający zbiorowi D jest zbiorem zadań zaleszczonych. Zaończ wyonywanie algorytmu. 4. W przeciwnym razie, podstaw: D := D {j}; f := f + A(P j ) 5. Jeżeli D =, to zaończ wyonywanie algorytmu. W przeciwnym razie przejdź do rou 2. (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 13

7 Algorytm Holt'a: 1. begin 2. initialize:i =1, =1,2,...,s; c i =s,i=1,2,...,n; c 0 =n; 3. LS: Y:=False; 4. for = 1 step 1 until s do 5. begin 6. while E 1,,I f I n do 7. begin 8. c E2,,I :=c E2,,I -1; 9. I :=I -1; 10. if c E2,,I =0 then 11. begin 12. c 0 :=c 0-1; 13. Y:=True; 14. for i = 1 step 1 until s do 15. f i :=f i +A i (P E2,,I ); 16. end; 17. end; 18. end; 19. if Y = true c 0 > 0 then go to LS; 20. if Y = true then answer "no" 21. else answer "yes"; Odtwarzanie stanu Spośród zadań zaleszczonych wybierz zadanie (zadania), tórego usunięcie spowoduje osiągnięcie stanu wolnego od zaleszczenia najmniejszym osztem. 22. end. (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 14 Wady i zalety podejścia detecji do odtwarzania stanu Narzut wyniający z opóźnionego wyrycia stanu zaleszczenia Narzut czasowy algorytmu detecji i odtwarzania stanu Utrata efetów dotychczasowego przetwarzania odrzuconego zadania. Bra ograniczeń na współbieżność wyonywania zadań Wysoi stopień wyorzystania zasobów Podejście uniania (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 15

8 Algorytm podejścia uniania 1. Za ażdym razem, gdy wystąpi żądanie przydziału dodatowego zasobu, sprawdź bezpieczeństwo tranzycji stanu odpowiadającej realizacji tego żądania. Jeśli tranzycja ta jest bezpieczna, to przydziel żądany zasób i ontynuuj wyonywanie zadania. W przeciwnym razie zawieś wyonywanie zadania. 2. Za ażdym razem, gdy wystąpi żądanie zwolnienia zasobu, zrealizuj to żądanie i przejrzyj zbiór zadań zawieszonych w celu znalezienia zadania, tórego tranzycja z nowego stanu odpowiadałaby tranzycji bezpiecznej. Jeśli taie zadanie istnieje, zrealizuj jego żądanie przydziału zasobów (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 16 Wady i zalety podejścia uniania Duży narzut czasowy wyniający z onieczności wyonywania algorytmu uniania przy ażdym żądaniu przydziału dodatowego zasobu i przy ażdym żądaniu zwolnienia zasobu. Mało realistyczne założenie o znajomości masymalnych żądań zasobów. Założenie, że liczba zasobów w systemie nie może maleć Potencjalnie wyższy stopień wyorzystania zasobów niż w podejściu zapobiegania. (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 17

9 Podejście zapobiegania Rozwiązania wyluczające możliwość wystąpienia cylu żądań. Algorytm wstępnego przydziału 1. Przydziel w chwili początowej wszystie wymagane do realizacji zadania zasoby lub nie przydzielaj żadnego z nich. Algorytm przydziału zasobów uporządowanych 1. Uporząduj jednoznacznie zbiór zasobów. 2. Narzuć zadaniom ograniczenie na żądania przydziału zasobów, polegające na możliwości żądania zasobów tylo zgodnie z uporządowaniem zasobów Przyładowo, proces może żądać olejno zasobów 1, 2, 3, 6,..., natomiast nie może żądać zasobu 3 a później 2. Jeśli więc z ontestu programu wynia olejność żądań inna niż narzucony porząde, to proces musi zażądać wstępnej aloacji zasobów, generując na przyład żądanie przydział zasobów 2 i 3. (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 18 Alogrytmy Wait-Die i Wound-Wait Algorytm Wait-Die Rozwiązanie negujące zachowywanie zasobów (ang. wait for condition) 1. Uporząduj jednoznacznie zbiór zadań według etyiet czasowych. 2. Jeżeli zadanie P 1, będące w onflicie z zadaniem P 2, jest starsze (ma mniejszą etyietę czasową), to P 1 czea (wait) na zwolnienie zasobu przez P 2. W przeciwnym razie zadania P 1 jest w całości odrzucane (abort) i zwalnia wszystie posiadane zasoby. Algorytm Wound-Wait Rozwiązanie dopuszczające przywłaszczalność 1. Uporząduj jednoznacznie zbiór zadań według etyiet czasowych. 2. Jeżeli zadanie P 1, będące w onflicie z zadaniem P 2, jest starsze (ma mniejszą etyietę czasową), to zadanie P 2 odrzucane (abort) i zwalnia wszystie posiadane zasoby. W przeciwnym razie P 1 czea (wait) na zwolnienie zasobu przez P 2. (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 19

10 Wady i zalety podejścia zapobiegania Ograniczony stopień wyorzystania zasobów. Prostota i mały narzut czasowy. (c) Załad Systemów Informatycznych Slajd 20