Bài giảng Hệ điều hành (Operating Systems) - Nguyễn Phan Trung - Chương 4: Deadlock

Chương 4 Deadlock Mục đích: Nắm được các khái niệm về tắc nghẽn, các nguyên nhân gây tắc nghẽn, cũng như các phươg pháp phòng chống tắc nghẽn. Yêu cầu: Biết cách vân dụng để giài quyết vân đề thực tế Chương 4 Deadlock Vấn đề deadlock trong hệ thống Các điều kiện tồn tại Deadlock Các phương pháp giải quyết Deadlock Deadlock prvention ( ngăn chặn deadlock) Deadlock avoidance (tránh deadlock) Deadlock detection (phát hiện deadlock) Deadlock recovery (Phục hồi hệ thống bị deadlock) Phương pháp tổng hợp để xử lý Deadlock Vấn đề Deadlock Trong môi trường multiprogramming 1 số process có thể tranh nhau 1 số tài nguyên hạn chế. 1 process yêu cầu các tài nguyên. Nếu tài nguyên ko thể đáp ứng tại thời điểm đó thì process sẽ chuyển sang trạng thái chờ. Các process chờ có thể sẽ ko bao giờ thay đổi lại trạng thái được vì các tài nguyên mà nó yêu cầu bị giữ bởi các process khác.  Ví dụ : tắc nghẽn trên cầu. Ví dụ qua cầu Hai (hay nhiều ) ô tô đối đầu nhau trên 1 cây cầu hẹp chỉ đủ độ rộng cho 1 chiếc. Mỗi đọan của cây cầu có thể xem như 1 tài nguyên Nếu deadlock xuất hiện: nó có thể được giải quyết nếu 1 hay 1 số ô tô lùi lại nhường đường rồi lên sau. 1.Mô hình hoá hệ thống Các lọai tài nguyên R1, R2,…,Rm Các chu kỳ CPU, ko gian bộ nhớ, các file, các thiết bị in/out Mỗi lọai tài nguyên Ri có Wi cá thể(instance) Vd: hệ thống có 2 CPU, có 5 máy in  có thể đáp ứng yêu cầu của nhiều process hơn Mỗi process sử dụng tài nguyên theo các bước sau: yêu cầu tài nguyên(request): nếu yêu cầu ko được giải quyết ngay (vd khi tài nguyê đang được process khác sử dụng) thì process yêu cầu phải đợi cho đến khi nhận được tài nguyên. Sử dụng tài nguyên (use) Hòan trả tải nguyên (release) 2. Điều kiện tồn tại Deadlock Dealock có thể xẩy ra nếu 4 điều kiện sau tồn tại: Ngăn chặn lẫn nhau (mutual exclusion): với mỗi tài nguyên, chỉ có 1 process xử dụng tại 1 thời điểm Giữ và đợi (hold and wait): 1 process đang sở hữu tài nguyên đã được cấp phép trong khi vẫn yêu cấu xin thêm tài nguyên khác Không có ưu tiên (no preemption): 1 tài nguyên chỉ có thể được process (tự nguyện) giải phóng khi nó đã hòan thành công việc Chờ đợi vòng tròn (circular wait): tồn tại 1 chu kỳ đóng các yêu cầu tài nguyên Resource Allocation Graph(RAG)Biểu đồ phân phối tài nguyên Ví dụ về RAG không chu trình Nếu đồ thị ko chu trình thì sẽ ko có process nào bị deadlock Nếu đồ thị có chu trình thì có thể tồn tại deadlock Ví dụ về RAG có chu trình Deadlock	Không Deadlock: P4 or P2 có 	thể 	kết thúc khiến P1 và P3 kết thúc được Kết luận Nếu RAG ko chu trình => ko xẩy ra deadlock Nếu RAG có chu trình => Nếu mỗi loại tài nguyên chỉ có 1 cá thể chắc chắn xẩy ra deadlock Nếu mỗi loại tài nguyên có 1 vài cá thể thì deadlock có thể xẩy ra 3. Các P.P giải quyết deadlock Deadlock Preventionngăn ngừa deadlock Tìm cách ngăn chặn sao cho 1 trong 4 điều kiện ko xẩy ra: Ngăn cản lẫn nhau:(mutual exclusion) - đảm bảo hệ thống ko có các file ko thể chia sẻ Một process ko bao giờ chờ tài nguyên chia sẻ (shareble resource) Vd read-only file Nhưng có 1 số tài nguyên ko chia sẻ được Vd : chế độ toàn màn hình Giữ và đợi:(Hold and wait) - sử dụng cơ chế “All or none” Cách 1 : bắt buộc mỗi process phải yêu cầu tòan bộ tài nguyên cấn thiết 1 lần, nếu có đủ tài nguyên hế thống sẽ cấp phát, nếu ko đủ tài nguyên, process sẽ bị block. Cách 2: khi yêu cầu tài nguyên process không được sở hữu bất kỳ tài nguyên nào cả.nếu đang có thì phải trả lại trước khi yêu cầu. Khuyết điểm : Hiệu quả sử dụng tài nguyên rất thấp Có khả năng xẩy ra bị đói starvation Deadlock Prevention (t.t) ngăn ngừa deadlock Deadlock Prevention (t.t) Deadlock AvoidanceTránh khỏi deadlock Trạng thái “safe”và “unsafe” Safe State: thực tế dễ nhận Nếu hệ thống ở trạng thái an toàn => ko có deadlock. Nếu hệ thống ở trạng thái ko an toàn => có thể có deadlock. Sự tránh khỏi deadlock => đảm bảo rằng hệ thống sẽ ko bao giờ bước vào trạng thái ko an toàn: Mỗi lọai tài nguyên có 1 instance giải thuật đồ thị phân phối tài nguyên Mỗi lọai tài nguyên có nhiều instance: giải thuật chủ nhà băng (banker) Safe, unsafe và deadlock state Giải thuật đồ thị phân phối tài nguyên Cạnh muốn yêu cầu (claim edge) Pi->Pj: process Pi có thể yêu cầu tài nguyên Rj được biểu diễn bằng đường đứt nét. Cạnh muốn yêu cầu biến thành cạnh yêu cầu (request edge) khi 1 process yêu cầu 1 tài nguyên. Khi tài nguyên được process giải phóng cạnh yêu cầu trở thành cạnh muốn yêu cầu Hệ thống ở trạng thái an toàn miễn là đồ thị ko chứa chu trình nào: Chúng ta coi các cạnh muốn yêu cầu như là các cạnh yêu cầu Giải thuật đồ thị phân phối tài nguyên tránh deadlock Trạng thái không an toàn trongđồ thị phân phối tài nguyên Giải thuật chủ nhà băng(banker) Có tên như trên vì giải thuật này có thể được sử dụng trong hệ thống nhà băng để đảm bảo rằng nhà băng ko bao giờ phân phối quá số tiền khả dụng của nó đến mức mà nó có thể thỏa mãn mọi yêu cầu từ các khách hànhg Giải thuật Banker Giải thuật Bankercấu trúc dữ liệu(t.t) Giải thuật banker kiểm tra an toàn 	Tư tưởng : tìm 1 chuỗi an toàn. Nếu tìm được trạng thái là an toàn, trái lại trạng thái là ko an toàn Giải thuật cấp phát tài nguyên cho process Pi Giải thuật Banker–Ví dụ(t.t) Kiểm tra sự an toàn Ví dụ P1 yêu cầu (1,0, 2) Deadlock Detection Mô hình Single-Instance Mô hình Multiple-Instance Detection AlgorithmGiải thuật phát hiện deadlock Detection Algorithm- Ví dụ Detection Algorithm-Ví dụ (t.t) Cách sử dụng giải thuật Thời điểm và mức thường xuyên cần đến giải thuật phụ thuộc: Deadlock có khả năng thường xuyên xảy ra như thế nào? Có bao nhiêu process bị tác động khi deadlock xuất hiện Nếu giải thuật phát hiện deadlock ít được sử dụng, có thể có nhiều chu trình trong biểu đồ tài nguyên và do đó ta không thể tìm được process nào “gây” ra deadlock Nếu phát hiện được deadlock, chúng ta cần phục hồi lại bằng một trong hai cách Dừng các process Thu hồi tài nguyên Deadlock Recorery -dừng process Deadlock Recorery -Thu hồi tài nguyên Phương pháp tổng hợp Câu hỏi và bài tập Liệt kê ra 3 ví dụ về deadlock mà không liên quan tới môi trường của hệ thống máy tính Nêu các phương pháp giải quyết deadlock? Giải thuật tránh deadlock dựa trên điều kiện nào? Hệ thống có thể xác định vài quá trình đang starving hay không? Nếu trả lời “Yes” giải thích, nếu trả lời “No” đề xuất hệ thống có thể xử lý với vấn đề “stavation” như thế nào. làm bt chương 8.13 SGK