ОС / 4. ОС - Управление процессами - 1

61

Основные методы борьбы с тупиками

Анализ и корректировка алгоритмов работы всех процессов на этапе разработки с целью не допустить опасности возникновения тупиков.

Предотвращение тупиков при работе системы (при запуске процессов и при запросе ими ресурсов).

Устранение возникших тупиков.

Операционные системы. Управление процессами - 1

62

Анализ на этапе разработки

Анализ алгоритмов (или программ) на этапе разработки возможен только в том случае, если все исходные тексты доступны. Это возможно в следующих случаях:

при разработке встроенных систем управления, для которых набор решаемых задач зафиксирован, а прикладные программы разрабатываются вместе с ОС;

при разработке сложных приложений с параллельными нитями, где требуется устранить опасность взаимоблокировки нитей данного приложения.

Операционные системы. Управление процессами - 1

63

Предотвращение тупиков при работе ОС

Методы этой группы анализируют запросы процессов на ресурсы (при запуске процесса и в ходе его работы) и принимают одно из следующих решений:

выделить ресурсы;

заблокировать процесс до выполнения некоторого условия;

снять процесс.

Можно выделить три основных метода предотвращения тупиков, от самого грубого до более изощренных:

выделение всех ресурсов при запуске процесса;

алгоритм нумерованных ресурсов;

алгоритм банкира.

Операционные системы. Управление процессами - 1

64

Выделение всех ресурсов призапуске

Согласно этому методу, процесс при запуске должен сразу запросить все ресурсы, которые ему могут потребоваться. В ходе работы процесс может только освобождать ресурсы.

Такой подход гарантирует невозможность тупиков, но может привести к невозможности параллельной работы процессов (если некоторый ресурс нужен хотя бы на небольшое время каждому процессу).

Вариант несколько более реалистичный: если процесс хочет получить дополнительные ресурсы, он должен сначала освободить все ресурсы, которыми владеет, а потом запросить заново все, что ему нужно.

Операционные системы. Управление процессами - 1

65

Алгоритм нумерованных ресурсов

Все ресурсы, имеющиеся в системе, должны быть пронумерованы целыми числами.

Как именно нумеровать? Это все равно с точки зрения предотвращения тупиков, но для повышения производительности системы желательно большие номера присвоить более дефицитным ресурсам.

Действует правило: процесс не может запрашивать ресурс с номером меньшим, чем один из ресурсов удерживаемых этим процессом.

При таком условии в графе процессов и ресурсов не может возникнуть цикл.

Операционные системы. Управление процессами - 1

66

Алгоритм банкира (Э.Дейкстра)

Каждый процесс должен при запуске объявлять, какие ресурсы и в каком количестве он может потребовать в ходе дальнейшей работе.

Система отслеживает текущее распределение ресурсов между процессами и не дает ни одному процессу превысить заранее заявленный им уровень требований.

Когда процесс выдает запрос на ресурсы, система проверяет, будет ли безопасным то состояние, в которое она придет в случае удовлетворения запроса.

Если состояние после выполнения запроса будет небезопасным, система блокирует процесс до момента, когда выполнение станет безопасным ввиду освобождения другими процессами достаточного количества ресурсов.

Операционные системы. Управление процессами - 1

67

Понятие безопасного состояния системы

Состояние системы называется безопасным (по тупикам), если существует

Безопасное (по тупикам) состояние системы – это такое состояние, что существует порядок предоставления процессам ресурсов (в пределах их предварительных заявок), позволяющий удовлетворить по очереди максимальные заявленные запросы на ресурсы каждого процесса.

При этом считается, что процесс, получивший все ресурсы, тут же завершается и освобождает все ресурсы, которые ранее получил.

Алгоритмы проверки безопасности состояния – те же, которые рассматривались для проверки на возникновение тупика, только вместо текущих запросов процессов на ресурсы используются их максимально возможные запросы.

Операционные системы. Управление процессами - 1

68

Недостатки методов предотвращения тупиков

Все они требуют заранее знать набор и количество ресурсов, которые может запросить процесс в ходе всей своей работы.

Эти методы не работают для тупиков, не связанных с выделением/освобождением ресурсов.

Операционные системы. Управление процессами - 1

69

Устранение возникших тупиков

Этот подход допускает возникновение тупиков в предположении, что тупики маловероятны. В случае, если тупик все же возникает, предпринимаются меры по его устранению.

Выявление возникших тупиков:

по моделям, описанным выше (графовой, табличной и т.п.);

по наблюдению за работой системы (длительное отсутствие признаков жизни у некоторых процессов); этот способ не гарантирует от ошибок.

Способы устранения тупиков:

принудительное прекращение одного или более процессов;

принудительное освобождение ресурса;

возвращение процессов на предыдущую контрольную точку;

перезагрузка системы. :-(

Операционные системы. Управление процессами - 1

70

Принудительное прекращение процесса

Система выбирает один из процессов, образующих цикл взаимоблокировки, прекращает его выполнение и освобождает все ресурсы, занятые этим процессом. Остальным процессам предоставляется возможность работать дальше. Убитый процесс будет через некоторое время запущен заново.

Критерий выбора процесса – наименьшие потери от его прекращения. Как вариант, оператор может выбрать процесс по собственному произволу и интуиции.

В особо сложных случаях может понадобиться прекратить несколько процессов.

Операционные системы. Управление процессами - 1