Bài giảng Hệ điều hành nâng cao - Trần Hạnh Nhi - Bài giảng 5: Deadlock

e resource : “Mission Impossible” ???
„ Làm gì : virtualize, spooling...
„ Rất hạn chế, đặc biệt đối với tài nguyên phần mềm
( Kết luận : Không thể loại bỏ
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 16
Deadlock Prevention
„ Hold and Wait
„ Không cho vừa chiếm giữ vừa yêu cầu thêm tài nguyên
„ No Wait
„ Cấp cho tiến trình tất cả các tài nguyên cần thiết trước khi bắt đầu xử
lý
„ Làm sao biết ?
„ No Hold
„ Tiến trình không xin được tài nguyên mới : trả lại tài nguyên cũ, và chờ
xin lại lần sau
„ “Trả lại” tài nguyên ở trạng thái nào ?
„ Sử dụng tài nguyên kém hiệu quả, có thể starvation
( Kết luận : thật sự khó khả thi, không thể loại bỏ
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 17
Deadlock Prevention
„ No Preemption
„ Hệ điều hành chủ động thu hồi các tài nguyên của tiến trình
blocked
„ Tài nguyên nào có thể thu hồi ?
„ CPU :OK
„ Printer : Hu hu/
„ Các tài nguyên bị thu hồi sẽ được bổ sung vào danh sách tài
nguyên tiến trình cần xin lại. Tiến trình chỉ có thể tiếp tục xử lý
khi xin lại đủ các tài nguyên này (cũ và mới)
(Kết luận : thật sự khó loại bỏ hoàn toàn
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 18
Deadlock Prevention
„ Circular Wait
„ Không để xảy ra chu trình trong đồ thị cấp phát tài nguyên
„ Cấp phát tài nguyên theo 1 trật tự nhất định
„ Gọi R = {R1, R2,...,Rm} là tập các loại tài nguyên.
„ Các loại tài nguyên được phân cấp theo độ ưu tiên F(R) thuộc [1-N]
„ Ví dụ : F(đĩa) = 2, F(máy in) = 12
„ Các tiến trình khi yêu cầu tài nguyên phải tuân thủ quy định : khi tiến trình 
đang chiếm giữ tài nguyên Ri thì chỉ có thể yêu cầu các tài nguyên Rj nếu 
F(Rj) > F(Ri).
P1
R1
P2
R2
F(R1) = 1; F(R2) = 2;
Trật tự nào ?
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 19
Deadlock Prevention
„ Đảm bảo Deadlock không thể xảy ra
„ Không thể loại bỏ ít nhất 1 trong 4 điều kiện cần để
xảy ra Deadlock 
„ Quá khắt khe, không khả thi...
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 20
Deadlock Avoidance
„ Một số định nghĩa cơ bản
„ Trạng thái an toàn (Safe): hệ thống có thể thỏa mãn các nhu cầu tài nguyên (cho 
đến tối đa) của tất cả các tiến trình theo một thứ tự nào đó mà không dẫn đến tắc 
nghẽn. 
„ Việc cấp phát tài nguyên không hình thành chu trình nào trong đồ thị cấp phát
„ Một chuỗi cấp phát an toàn: một thứ tự kết thúc các tiến trình 
 sao cho với mỗi tiến trình Pi nhu cầu tài nguyên của Pi có thể được 
thỏa mãn với các tài nguyên còn tự do của hệ thống, cộng với các tài nguyên đang 
bị chiếm giữ bởi các tiến trình Pj khác, với j<i. 
„ Thay đổi chiến luợc cấp phát tài nguyên để đảm bảo không dẫn dắt hệ
thống vào tình trạng deadlock
„ Chỉ thỏa mãn yêu cầu tài nguyên của tiến trình khi trạng thái kết quả là an toàn
„ Đòi hỏi phải biết trước một số thông tin về nhu cầu sử dụng tài nguyên của tiến
trình
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 21
Nhận xét
„ Hệ thống ở safe state ⇒ không
deadlocks.
„ Nếu hệ thống ở unsafe state ⇒ có
khả năng deadlock.
„ Avoidance ⇒ bảo đảm hệ thống
không bao giờ đi vào trạng thái
unsafe. 
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 22
Deadlock Avoidance : thông tin cần biết
„ Giả sử hệ thống được mô tả với các thông tin sau :
„ int Available[NumResources];
„ Available[r]= số lượng các thể hiện còn tự do của tài nguyên r
„ int Max[NumProcs, NumResources]; 
„ Max[p,r]= nhu cầu tối đa của tiến trình p về tài nguyên r
„ int Allocation[NumProcs, NumResources];
„ Allocation[p,r] = số lượng tài nguyên r thực sự cấp phát cho p
„ int Need[NumProcs, NumResources];
„ Need[p,r] = Max[p,r] - Allocation[p,r]
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 23
Giải thuật cấp phát tài nguyên kiểu cũ
„ Pi xin k thể hiện của Rj
1 : if (k <= Need[i,j]) goto 2;
else Error();
2: if (k <= Available[j]) Allocate(i,j,k); //cấp cho Pi k thể hiện Rj
else MakeWait(Pi);
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 24
Deadlock Avoidance : Banker’s Algorithm
„ Pi xin k thể hiện của Rj
1 : if (k <= Need[i,j]) goto 2;
else Error();
2: if (k <= Available[j]) goto 3;
else MakeWait(Pi);
3: /* Giả sử hệ thống đã cấp phát cho Pi các tài nguyên mà nó yêu cầu và cập nhật tình 
trạng hệ thống như sau:*/
Available[j] = Available[j] - k;
Allocation[i,j]= Allocation[i,j]+ k;
Need[i,j] = Need[i,j] - k;
Result = TestSafe();
if (Result == Safe) Allocate(i,j,k); //cấp cho Pi k thể hiện Rj
else MakeWait(Pi);
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 25
TestSafe ()
1. Giả sử có các mảng 
int Work[NumResources] = Available[NumResources];
int Finish[NumProcs] = false;
2. Tìm i sao cho 
Finish[i] == false & Need[i,j] <= Work[i,j], ∀j <=NumRes
Nếu không có i như thế, đến bước 4.
3. Work = Work + Allocation[i];
Finish[i] = true;
Đến bước 2
4. Nếu Finish[i] == true với mọi i, thì hệ thống ở trạng thái an toàn.
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 26
Ví dụ 1
P4
P3
P2
P1
224
413
316
223
R3R2R1
Max
200
112
112
001
R3R2R1
Allocation
214
R3R2R1
Available
Giả sử tình trạng hệ thống được mô tả như sau :
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 27
Ví dụ 1
P4
P3
P2
P1
224
413
316
223
R3R2R1
Max
200
112
112
001
R3R2R1
Allocation
214
R3R2R1
Available
Giả sử tình trạng hệ thống được mô tả như sau :
Need
2
3 - 1
0
301
204
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 28
Ví dụ 1
P4
P3
P2
P1
R3R2R1
Max
200
112
112
001
R3R2R1
Allocation
214
R3R2R1
Available
P2 yêu cầu 4 cho R1, 1 cho R3 : cân nhắc
Need
2
024
301
204
22
26
10
10
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 29
Ví dụ 1
P4
P3
P2
P1
R3R2R1
Max
200
112
112
001
R3R2R1
Allocation
214
R3R2R1
Available
P2 yêu cầu 4 cho R1, 1 cho R3 : cân nhắc
Need
2
024
301
204
22
26
10
10 3
0
0 000
32600 00 7
00000
9 43
000
6
P2 yêu cầu 4 cho R1, 1 cho R3 : chấp nhận
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 30
Deadlock Detection
„ Chấp nhận hệ thống rơi vào trạng thái deadlock
„ Hệ thống nên cung cấp:
„ Một giải thuật kiểm tra và phát hiện deadlock có xảy ra trong hệ thống hay 
không
„ Một giải thuật để hiệu chỉnh, phục hồi hệ thống về trạng thái trước khi
deadlock xảy ra.
„ Cần tốn kém chi phí để :
„ Lưu trữ, cập nhật các thông tin cần thiết
„ Xử lý giải thuật phát hiện deadlock
„ Chấp nhận khả năng mất mát khi phục hồi.
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 31
Giải thuật phát hiện deadlock
„ Cần sử dụng các cấu trúc dữ liệu sau :
„ int Available[NumResources];
„ // Available[r]= số lượng các thể hiện còn tự do của tài nguyên r
„ int Allocation[NumProcs, NumResources];
„ // Allocation[p,r] = số lượng tài nguyên r thực sự cấp phát cho p
„ int Request[NumProcs, NumResources];
„ // Request[p,r] = số lượng tài nguyên r tiến trình p yêu cầu thêm
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 32
Giải thuật phát hiện deadlock
1. Giả sử có các mảng 
int Work[NumResources] = Available;
int Finish[NumProcs] ;
for (i = 0; i < NumProcs; i++)
Finish[i] = (Allocation[i] == 0);
2. Tìm i sao cho 
Finish[i] == false & Request[i,j] <= Work[i,j], ∀j <=NumRes
Nếu không có i như thế, đến bước 4.
3. Work = Work + Allocation[i];
Finish[i] = true;
Đến bước 2
4. Nếu Finish[i] == true với mọi i, thì hệ thống ở trạng thái không có deadlock
Ngược lại, các tiến trình Pi, Finish[i] == false sẽ ở trong tình trạng deadlock
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 33
Sử dụng giải thuật phát hiện deadlock
„ Khi nào, và mức độ thường xuyên cần kích hoạt giải thuật phát hiện
deadlock ? Phụ thuộc vào
„ Tần suất xảy ra deadlock?
„ Số lượng các tiến trình liên quan, cần “rolled back”?
„ 1 cho mỗi chu tri(nh rời nhau
„ Một cách cẩn thận tối đa, kích hoạt giải thuật phát hiện mỗi khi có
một yêu cầu cấp phát bị từ chối
„ Tiết kiệm chi phí : kích hoạt giải thuật phát hiện deadlock sau những
chu kỳ định trước
„ Khuyết điểm ?
Chi phí cao
Thiếu thông tin
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 34
Deadlock Recovery: Hủy bỏ tiến trình
„ Hủy tất cả các tiến trình liên quan deadlock
„ Thiệt hại đáng kể...
„ Hủy từng tiến trình liên quan cho đến khi giải toả được chu trình
deadlock
„ Tốn chi phí thực hiện giải thuật phát hiện deadlock
„ Bắt đầu từ tiến trình nào ? Sau đó là ai ?...
„ Priority of the process.
„ How long process has computed, and how much longer to completion.
„ Resources the process has used.
„ Resources process needs to complete.
„ How many processes will need to be terminated. 
„ Is process interactive or batch?
„ Sao cho thiệt hại ít nhất
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 35
„ Lần lượt thu hồi một số tài nguyên từ các tiến trình và cấp phát các
tài nguyên này cho những tiến trình khác đến khi giải toả được chu
trình deadlock
„ 3 vấn đề cần quan tâm :
„ Chọn lựa “nạn nhân” : – Thu hồi tài nguyên nào ? Của ai ?
„ Tiến trình nắm giữ nhiều tài nguyên
„ Tiến trình có thời gian đã xử lý không cao
„ ...?
„ Rollback : quay lại trạng thái an toàn (nào?), khởi động lại tiến trình từ trạng
thái an toàn đó.
„ Phải lưu vết hoạt động của hệ thống ->Chi phí cao
„ Starvation: có thể một tiến trình nào đó luôn luôn bị chọn làm “nạn nhân”, 
không bao giờ có đủ tài nguyên để tiến triển xử lý.
Deadlock Recovery: Thu hồi tài nguyên
11/7/2005 Trần Hạnh Nhi 36
Deadlock Ignorance : Ostrich’s algorithm 
„ Hệ thống : “Deadlock hả ? What, what, what ???”
„ Don’t see
„ Don’t know
„ Don’t care
„ Có thể chấp nhận không ?
„ Cân nhắc giữa tần suất xảy ra deadlock và chi phí giải quyết
deadlock
„ Là giải pháp của hầu hết HĐH hiện nay