Sistemas Operacionais - CAFW-UFSM Professor: Roberto Franciscatto

Disciplina: Sistemas Operacionais - CAFW-UFSM
Professor: Roberto Franciscatto

Objetivos
• Devenvolver uma descrição de
deadlocks, os quais impedem que
conjuntos de processos
concorrentes completem suas
tarefas
• Apresentar diferentes métodos
para prevenir ou evitar deadlocks em
um sistema computacional

O problema de Deadlocks
• Conjunto de processos bloqueados
cada um mantendo um recurso e
esperando para adquirir um recurso,
mantido por um outro processo no
conjunto
• Exemplo:
• Sistema com 2 disk
drives
• P1 e P2 cada um
mantendo um disk drive
e cada um necessitando
de um outro
• Exemplo: semáforos A e B,
iniciados com 1
P0 P1
wait (A); wait(B)
wait (B); wait(A)

Exemplo para atravessar uma ponte
• Tráfego somente em uma direção
• Cada seção da ponte pode ser vista como um recurso
• Se ocorre deadlock, pode ser resolvido se um carro voltar (preempção de
recursos e rollback)
• Diversos carros podem ter que voltar se ocorre deadlock
• Pode causar starvation

Recursos
• Exemplos de recursos de
computador
• impressoras
• unidades de fita
• tabelas
• Processos precisam de acesso aos
recursos numa ordem racional
• Suponha que um processo
detenha o recurso A e solicite o
recurso B
• ao mesmo tempo um
outro processo detém B
e solicita A
• ambos são bloqueados e
assim permanecem

Recursos
• Deadlocks ocorrem quando …
• garante-se aos
processos acesso
exclusivo aos
dispositivos
• esses dispositivos são
normalmente chamados
de recursos
• Recursos preemptíveis
• podem ser retirados de
um processo sem
quaisquer efeitos
prejudiciais
• Recursos não preemptíveis
• vão induzir o processo a
falhar se forem retirados

Recursos
• Seqüência de eventos necessários
ao uso de um recurso
• solicitar o recurso
• usar o recurso
• Deve esperar se solicitação é
negada
• processo solicitante
pode ser bloqueado
• liberar o recurso • pode falhar resultando
em um código de erro

Introdução aos Deadlocks
• Definição formal:
• Um conjunto de
processos está em
situação de deadlock se
todo processo
pertencente ao conjunto
estiver esperando por
um evento que somente
um outro processo
desse mesmo conjunto
poderá fazer acontecer
• Normalmente o evento é a
liberação de um recurso
atualmente retido
• Nenhum dos processos pode...
• executar
• liberar recursos
• ser acordado

Quatro condições para Deadlocks
1. Condição de exclusão mútua
• todo recurso está ou
associado a um processo
ou disponível
2. Condição de posse e espera
• processos que retêm
recursos podem solicitar
novos recursos
3. Condição de não preempção
• recursos concedidos
previamente não podem
ser forçosamente tomados
4. Condição de espera circular
• deve ser uma cadeia
circular de 2 ou mais
processos
• cada um está à espera
de recurso retido pelo
membro seguinte dessa
cadeia

Modelagem de Deadlock
• Modelado com grafos dirigidos
• recurso R alocado ao processo A
• processo B está solicitando/esperando pelo recurso S
• processos C e D estão em deadlock sobre recursos T e U

Modelagem de Deadlocks
• Estratégias para tratar
Deadlocks
1. ignorar por completo
o problema
2. detecção e
recuperação
3 evitação dinâmica
alocação cuidadosa de
recursos
4 prevenção
negação de uma das
quatro condições
necessárias

Modelagem de Deadlocks
Como ocorre
um deadlock

Modelagem de Deadlocks
Como pode ser evitado um deadlock

Algoritmo do Avestruz
• Finge que o problema não
existe
• Razoável se
• deadlocks
ocorrem muito
raramente
• custo da
prevenção é alto
• UNIX e Windows seguem
esta abordagem
• É uma ponderação entre
• conveniência
• correção

Detecção com um recurso de cada tipo
• Observe a posse e solicitações de recursos
• Um ciclo pode ser encontrado dentro do grafo, denotando deadlock

Recuperação de Deadlock
• Recuperação através de
preempção
• retirar um recurso
de algum outro
processo
• depende da
natureza do
recurso
• Recuperação através de
reversão de estado
• verifica um processo
periodicamente
• usa este estado salvo
• reinicia o processo se este é
encontrado em estado de
deadlock

Recuperação de Deadlock
• Recuperação através da
eliminação de processos
• forma mais
grosseira mas
também mais
simples de
quebrar um
deadlock
• elimina um dos processos
no ciclo de deadlock
• os outros processos
conseguem seus recursos
• escolhe processo que pode
ser reexecutado desde seu
início

Prevenção de Deadlock
( Atacando a Condição de Exclusão Mútua)
• Alguns dispositivos (como
uma impressora) podem
fazer uso de spool
• o daemon de
impressão é o
único que usa o
recurso impressora
• desta forma
deadlock
envolvendo a
impressora é
eliminado
• Nem todos os dispositivos
podem fazer uso de spool
• Princípio:
• evitar alocar um recurso
quando ele não for
absolutamente necessário
necessário
• tentar assegurar que o menor
número possível de processos
possa de fato requisitar o
recurso

Prevenção de Deadlock
( Atacar a Condição de Posse e Espera)
• Exigir que todos os processos
requisitem os recursos antes de
iniciarem
• um processo nunca tem
que esperar por aquilo
que precisa
• Problemas
• podem não saber
quantos e quais recursos
vão precisar no início da
execução
• e também retêm
recursos que outros
processos poderiam
estar usando
• Variação:
• processo deve
desistir de todos os
recursos
• para então requisitar
todos os que são
imediatamente
necessários

Prevenção de Deadlock
( Atacar a Condição de Não Preempção)
• Esta é uma opção inviável
• Considere um processo
de posse de uma
impressora
• no meio da
impressão
• retoma a
impressora a
força
• ?

Prevenção de Deadlock
( Atacar a Condição de Espera Circular (2) )
• Recursos ordenados numericamente
• Um grafo de recursos

Prevenção de Deadlock
( Atacar a Condição de Espera Circular ( (2) ) )
• Resumo das abordagens para prevenir deadlock

Evitar Deadlock
• Requer que o sistema
tenha alguma
informação adicional
disponível a priori
• Modelo mais simples e
útil requer que cada
processo declare o
número máximo de
recursos de cada tipo
que pode precisar
• Algoritmo de deadlockavoidance
examina
dinamicamente o estado
de alocação de recursos
para garantir que nunca
ocorra um condição de
espera circular (circularwait)

Evitar Deadlock
• Estado de alocação de
recursos é definido
• pelo número de
recursos
disponíveis e
alocados
• demanda
máxima dos
processos

Estado Seguro
• Quando um processo solicita um recurso disponível, o
sistema deve decidir se com a alocação imediata
deste recurso, o sistema permanece em um estado
seguro
• O sistema está em um estado seguro se exite uma
seqüência de todos os processos o
sistema é tal que para cada Pi, o recurso que Pi ainda
pode solicitar e pode ser satisfeito pelos recursos
correntemente disponíveis + recursos mantido por
todos os Pj, com j < i

Estado Seguro
• Isto é:
• Se Pi necessita de recursos que não estão
disponíveis imediatamente, então Pi pode
esperar até que todos Pj tenham teminado
• Quando Pj termina, Pi pode obter os recursos
necessários, executar, retornar os recursos
alocados e terminar
• Quando Pi termina, Pi+1 pode obter seus recursos
necessários, e assim por diante.

Fatos Básicos
• Se um sistema está num
• estado seguro então não ocorre
deadlocks
• estado inseguro então pode ocorrer
deadlock
• Evitar garante que um sistema nunca entrará em
um estado inseguro

Algoritmo do GGrafo
afo de Alocação de Recursos
• Suponha que o processo Pi solicite um recurso Rj
• O pedido pode ser garantido somente se a
conversão da aresta de pedido (request edge) para
aresta de atribuição (assignment edge) não resulta
numa formação de um ciclo no grafo de alocação
de recursos

Banker's Algorithm
• Mútiplas instâncias
• Cada processo deve a priori declarar a sua
demanda de uso máxima
• Quando um processo solicita um recurso ele pode
ter que esperar
• Quando um processo consegue todos os seus
recursos, ele deve liberá-los numa quantidade de
tempo finita

Exemplo -Banker's Banker's Algorithm
Cinco processos P0 até P4 • três tipos de recursos: recursos
A (10), B (5), e C (7) instâncias
Snapshot do tempo T0: Allocation Max Available
A B C A B C A B C
P0 0 1 0 7 5 3 3 3 2
P1 2 0 0 3 2 2
P2 3 0 2 9 0 2
P3 2 1 1 2 2 2
P4 0 0 2 4 3 3

Outras Questões
( Bloqueio em Duas Fases)
• Fase um
• processo tenta bloquear
todos os registros de que
precisa, um de cada vez
• Se registro necessário já
estiver bloqueado, reinicia
novamente
• (nenhum trabalho real é
feito na fase um)
• Se a fase um for bem
sucedida, começa a fase
dois,
• execução de atualizações
• liberação de bloqueios
• Observe a similaridade
com a requisição de todos
os recursos de uma só vez
• Algoritmo funciona onde o
programador tiver
organizado tudo
cuidadosamente para que
• o programa possa ser
parado, reiniciado

Condição de Inanição (Starvation)
• Algoritmo para alocar
um recurso
• pode ter que ceder
para o job mais curto
primeiro
• Funciona bem para
múltiplos jobs curtos
em um sistema
• Jobs longos podem ser
preteridos
indefinidamente
• mesmo não estando
bloqueados
• solução:
• política do primeiro a chegar,
primeiro a ser servido

Exercícios
1. Procure por três tipos
diferentes de algoritmos
de prevenção de
deadlocks.
• Explique
brevemente
como funciona
cada um deles...
2 Quais seriam as
quatro condições
necessárias para a
ocorrência de
deadlocks?
3 Indique uma regra que
impede deadlocks em
um sistema de
computação.
Email: roberto.franciscatto@gmail.com

Exercícios
4. Utilize o simulador de
deadlocks:
http://martins.webc
indario.com/jsiso/bi
n/index.html
Email: roberto.franciscatto@gmail.com
Faça alguns
exemplos, explique
o funcionamento do
simulador e o que
você entendeu sobre
o mesmo...