24519

Взаимные блокировки процессов. Методы предотвращения, обнаружения и ликвидации тупиков

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Методы предотвращения обнаружения и ликвидации тупиков. Тупиковые ситуации надо отличать от простых очередей хотя и те и другие возникают при совместном использовании ресурсов и внешне выглядят похоже: процесс приостанавливается и ждет освобождения ресурса. Проблема тупиков включает в себя решение следующих задач: предотвращение тупиков; распознавание тупиков; восстановление системы после тупиков. Другой более гибкий подход динамического предотвращения тупиков заключается в использовании определенных правил при назначении ресурсов процессам.

Русский

2013-08-09

35.63 KB

33 чел.

Вопрос 24. Взаимные блокировки процессов. Методы предотвращения, обнаружения и ликвидации тупиков.

§4.4.6. Синхронизирующие объекты ОС.

ОС предоставляет процессам и потокам системные объекты синхронизации, которые могут использоваться для синхронизации потоков одного или разных процессов. Реализация объектов синхронизации зависит от конкретной ОС.

Например, в ОС Windows NT используются следующие объекты синхронизации:

 критические секции (для потоков одного процесса);

 семафоры;

 мьютексы (mutexmutual exclusion) – двоичные семафоры для синхронизации потоков разных процессов;

события (events) – используются с целью оповещения потоков о свершении какого-либо события;

таймеры – используются для формирования временных интервалов или конкретного времени взаимодействия потоков.

Тупики.

Тупики – это взаимные блокировки процессов, называемые также дедлоками (deadlocks) или клинчами (clinch).

В приведенном выше примере (см. рис. 4.11) если переставить местами операции P(e) и P(b) в программе "писателе", то при некотором стечении обстоятельств эти два процесса могут взаимно заблокировать друг друга. Действительно, пусть "писатель" первым войдет в критическую секцию и обнаружит отсутствие свободных буферов. Он начнет ждать, когда "читатель" возьмет очередную запись из буфера, но "читатель" не сможет этого сделать, так как для этого необходимо войти в критическую секцию, вход в которую заблокирован процессом "писателем".

Рассмотрим еще один пример тупика. Пусть двум процессам, выполняющимся в режиме мультипрограммирования, для выполнения их работы нужно два ресурса, например, порт и диск (рис. 4.12, а). После того, как процесс А занял порт (установил блокирующую переменную), он был прерван. Управление получил процесс В, который сначала занял диск, но при выполнении следующей команды был заблокирован, так как порт оказался уже занятым процессом А. Управление снова получил процесс А, который в соответствии со своей программой сделал попытку занять диск и был заблокирован: диск уже распределен процессу В. В таком положении процессы А и В могут находиться сколь угодно долго.

Рис. 4.12. Возникновение взаимных блокировок при выполнении программы:

a – фрагменты программ А и В;  б – взаимная блокировка;

в – очередь к диску; г – независимое использование ресурсов

В зависимости от соотношения скоростей потоков они могут взаимно блокировать друг друга (рис.4.12, б); образовывать очереди к разделяемым ресурсам (рис.4.12, в) независимо использовать разделяемые ресурсы (рис.4.12, г).

Тупиковые ситуации надо отличать от простых очередей, хотя и те и другие возникают при совместном использовании ресурсов и внешне выглядят похоже: процесс приостанавливается и ждет освобождения ресурса. Однако очередь – это нормальное явление при случайном поступлении запросов на раздельно используемые ресурсы. Тупик же является в некотором роде неразрешимой ситуацией.

В рассмотренных примерах тупик был образован двумя процессами, но взаимно блокировать друг друга могут и большее число процессов.

Проблема тупиков включает в себя решение следующих задач: предотвращение тупиков; распознавание тупиков; восстановление системы после тупиков.

Тупики могут быть предотвращены на стадии написания программ, т.е. программы должны быть написаны таким образом, чтобы тупик не мог возникнуть ни при каком соотношении взаимных скоростей процессов. Так, если бы в предыдущем примере процесс А и процесс В запрашивали ресурсы в одинаковой последовательности, то тупик был бы в принципе невозможен. Другой более гибкий подход динамического предотвращения тупиков заключается в использовании определенных правил при назначении ресурсов процессам. Например, ресурсы могут выделяться в определенной последовательности, общей для всех процессов.

Если тупиковую ситуацию не удалось предотвратить, важно быстро и точно ее распознать, поскольку блокированные потоки не выполняют никакой полезной работы. Если тупиковая ситуация образована множеством потоков, занимающих массу ресурсов, распознавание тупика является нетривиальной задачей. Существуют формальные, программно-реализованные методы распознавания тупиков, основанные на ведении таблиц распределения ресурсов и таблиц запросов к занятым ресурсам. Анализ этих таблиц позволяет обнаружить взаимные блокировки.

Восстановление системы после тупиков реализуется следующими способами:

- снять с выполнения некоторые процессы для освобождения части ресурсов;

- вернуть некоторые процессы в область свопинга;

- совершить "откат" некоторых процессов до так называемой контрольной точки, в которой запоминается вся информация, необходимая для восстановления выполнения программы с данного места. Контрольные точки расставляются в программе в местах, после которых возможно возникновение тупика.

Из всего вышесказанного ясно, что использовать семафоры нужно очень осторожно, так как одна незначительная ошибка может привести к останову системы. Для облегчения написания корректных программ, было предложено высокоуровневое средство синхронизации, называемое монитором.

Монитор – это набор процедур, переменных и структур данных. Процессы могут вызывать процедуры монитора, но не имеют доступа к внутренним данным монитора. Мониторы имеют важное свойство, которое делает их полезными для достижения взаимного исключения: только один процесс может быть активным по отношению к монитору.

В распределенных системах, состоящих из нескольких процессоров, каждый из которых имеет собственную оперативную память, семафоры и мониторы оказываются непригодными. В таких системах синхронизация может быть реализована только с помощью обмена сообщениями.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47858. Педагогіка і психологія в системі наук про людину 1.39 MB
  Протягом сторіч педагогіка розвивалася як практика навчання і виховання дітей. За сучасних умов педагогіку розглядають як науку і практику навчання і виховання людини на всіх вікових етапах її особистісного і професійного розвитку оскільки: сучасна система освіти і виховання стосується практично всіх людей; у багатьох країнах створена система безперервної освіти людини; вона містить у собі всі ланки від дошкільної установи до професійної підготовки і курсів підвищення кваліфікації. Тобто процес навчання і виховання людини як особлива...
47859. Загальні принципи проектування телефонних мереж 126 KB
  Процес проектування його методи та особливості Основою створення будьякого обєкта є процес проектування. Проектування це комплекс робіт який складається з пошуку досліджень розрахунків та конструювання достатнього для створення нового обєкта чи реконструкції старого що відповідає заданим вимогам. Проектування яке здійснюється людиною з застосуванням компютера наз.
47860. Інформаційні технології 171 KB
  На сучасному етапі розвитку транспортної галузі одним з основних факторів впливу науковотехнічного прогресу на технологічні транспортні процеси є широке застосування нових інформаційних технологій заснованих на використанні сучасних засобів обчислювальної техніки звязку та передачі інформації. Інформаційні технології ІТ інформаційнокомунікаційні технології Informtion nd Communiction Technologies ICT Сукупність методів виробничих процесів і програмнотехнічних засобів інтегрованих з метою збирання обробки зберігання...
47861. Економічний аналіз. Конспект лекцій 517 KB
  Мета функціональновартісного аналізу ФВА попередити зайві витрати на виробництво продукції шляхом удосконалення технології виробництва та конструкції виробів використання більш дешевої сировини і матеріалів. На стадії виготовлення продукції за допомогою ФВА детально вивчається продукція виявляються зайві витрати проводиться усунення зайвих функцій товару і таким чином досягається зниження витрат на виробництво продукції. Прибутком; прогнозування величини кожного з цих показників при заданих значеннях інших; економікостатистичний ...
47862. Інформаційні технології. Конспект лекцій 14.48 MB
  Пристрої візуалізації і подання даних. Способи подання атрибутивних даних. Моделі даних. Створення атрибутивної бази даних
47864. Загальні поняття основ ергономіки 300 KB
  Технічний прогрес у промисловості в транспортній галузі в енергетиці та у військовій справі супроводжується вростанням ролі людини у забезпеченні високої ефективності виробництва. Механізація та автоматизація виробничих процесів упровадження обчислювальної техніки та інформаційних технологій докорінно змінюють діяльність людини висуваючи до неї нові більш високі вимоги збільшуючи при цьому економічну та соціальну значущість результатів її діяльності. Одночасно принцип гуманізації...
47865. Інформаційні системи та технології в торгівлі 623.5 KB
  Між керуючою системою і керованою системою здійснюється взаємозв'язок через інформаційну систему під якою розуміють комунікаційну систему із збору передачі переробки інформації про об'єкт яка постачає працівникам різного рангу інформацію для реалізації функції управління. Друга відмінність полягає у формі передавання інформації. Для АСУТП основною формою передавання інформації є сигнали в АСОУ документи. Роль та місце АСДС в ієрархії управління визначається тим що вона є основним джерелом статистичної інформації конче потрібної для...
47866. Організаційна структура та бюджетні повноваження Державного казначейства України. Функції Державного казначейства України 72 KB
  Саме останні дають нам можливість оцінити якість дії Державного казначейства а також його завдання та обовязки які повязані з його діяльністю. Більше того через функції визначається сутність та основна мета діяльності певного об'єкта в нашому випадку Державного казначейства. На Державне казначейство в Україні покладено виконання таких функцій: здійснення касового виконання державного бюджету та бюджетів самоврядування за доходами та видатками; здійснення контролю за цільовим спрямуванням бюджетних коштів на стадії проведення...