2.7 Взаимная блокировка процессов (тупики)

Как уже отмечалось, для бесконфликтного использования ресурсов в многозадачных операционных системах необходимо использовать специальные средства синхронизации, типа семафоров. Но некорректное применение средств синхронизации в реальных программах может привести к взаимной блокировке процессов.

Сущность взаимной блокировки состоит в том, что некоторые из процессов не могут выполняться, так как ждут друг друга. Ситуация взаимной блокировки процессов еще называется тупиковой ситуацией или тупиком.

Типичным примером взаимной блокировки является круговое ожидание ресурсов, как показано на рис.17.

Рис.17. Круговое ожидание ресурсов

В этом разделе мы проанализируем условия возникновения тупиков и рассмотрим известные решения, направленные как на предотвращение возможности возникновения тупиков, так и на обнаружение и устранение возникших тупиков.

Необходимые условия возникновения тупика

Необходимые для возникновения тупика условия были сформулированы Коффманом, Элфиком и Шошани в начале 70-х годов XX века, перечислим эти условия:

• условие взаимоисключения – если некоторые ресурсы уже предоставлены процессу, то доступ к этим ресурсам со стороны других процессов невозможен;

• условие ожидания ресурсов – ожидая недостающие ресурсы, процессы удерживают за собой ранее полученные ресурсы;

• условие неперераспределяемости ресурсов – ресурсы, удерживаемые процессом, нельзя принудительно отобрать у него;

• условие кругового ожидания – существует кольцевая цепь процессов, каждый из которых удерживает ресурсы, необходимые следующему процессу в цепочке.

Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, то тупик возникнуть не может.

Все методы борьбы с тупиками, рассматриваемые далее, направлены на нарушение одного из этих условий.

Методы борьбы с тупиками

Для борьбы с тупиками было предложено три альтернативных подхода, которые традиционно называют методами предотвращения тупиков, устранения тупиков и обнаружения тупиков. Рассмотрим эти подходы более внимательно.

Предотвращение тупиков

Сущность этого подхода состоит в том, чтобы так организовать управление ресурсами в операционной системе, чтобы исключить саму возможность возникновения тупика.

Методы предотвращения тупиков интуитивно представляются наиболее естественными для борьбы с тупиками, поэтому в этой области было проведено множество специальных исследований. В конечном итоге Хавендер сформулировал принципы предотвращения тупиков, которые гарантируют невыполнение одного из необходимых условий тупика:

• нарушение ожидания дополнительных ресурсов – каждый процесс должен запрашивать все требуемые ему ресурсы сразу, а не по одному;

• нарушение неперераспределимости ресурсов – если процесс, удерживающий за собой какие либо ресурсы, получит отказ на выделение дополнительных ресурсов, он должен освободить удерживаемые ресурсы, и затем попытаться захватить их снова, но уже совместно с дополнительными ресурсами;

• нарушение условия кругового ожидания – процессы должны запрашивать ресурсы в определенном порядке, в зависимости от типа ресурса.