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Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 1
Deadlocks - Impasses
Capítulo 3
3.1. Recurso
3.2. Introdução aos deadlocks
3.3. Algoritmo do avestruz
3.4. Detecção e recuperação de deadlocks
3.5. Evitando deadlocks
3.6. Prevenção de deadlocks
3.7. Outras questões
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 2
Recursos
• Exemplos de recursos de computador
– impressoras
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– 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
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 3
Recursos (1)
• 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
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 4
Recursos (2)
• Seqüência de eventos necessários ao
uso de um recurso
1. solicitar o recurso
2. usar o recurso
3. liberar o recurso
• Deve esperar se solicitação é negada
– processo solicitante pode ser bloqueado
– pode falhar resultando em um código de erro
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 5
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
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 6
Quatro Condições para Deadlock
1. Condição de exclusão mútua
• todo recurso está ou associado a um processo ou
disponível
1. Condição de posse e espera
• processos que retêm recursos podem solicitar novos
recursos
1. Condição de não preempção
• recursos concedidos previamente não podem ser
forçosamente tomados
1. 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
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 7
Modelagem de Deadlock (2)
• Modelado com grafos dirigidos
a) recurso R alocado ao processo A
b) processo B está solicitando/esperando pelo
recurso S
c) processos C e D estão em deadlock sobre
recursos T e U
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 8
Modelagem de Deadlock (3)
Estratégias para tratar Deadlocks
1. ignorar por completo o problema
2. detecção e recuperação
3. evitação dinâmica
• alocação cuidadosa de recursos
1. prevenção
• negação de uma das quatro condições
necessárias
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 9
Modelagem de Deadlock (4)
Como ocorre um deadlock
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 10
Modelagem de Deadlock (5)
Como pode ser evitado um deadlock
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 11
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
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 12
Detecção com um Recurso
de Cada Tipo (1)
Encontre o Deadlock.
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 13
Detecção com um Recurso
de Cada Tipo (1)
• Observe a posse e solicitações de recursos
• Um ciclo pode ser encontrado dentro do grafo,
denotando deadlock
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 14
Detecção com um Recurso
de Cada Tipo (2)
Estruturas de dados necessárias ao algoritmo de
detecção de deadlock
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 15
Detecção com um Recurso
de Cada Tipo (3)
Um exemplo para o algoritmo de detecção de deadlocks
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 16
Recuperação de Deadlock (1)
• 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
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 17
Recuperação de Deadlock (2)
• 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
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 18
Evitando Deadlocks
Trajetórias de Recursos
Trajetórias de recursos de dois processos
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 19
Estados Seguros e Inseguros (1)
Demonstração de que o estado em (a) é seguro
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 20
Estados Seguros e Inseguros (2)
Demonstração de que o estado em (b) é inseguro
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 21
O Algoritmo do Banqueiro
para um Único Recurso
Três estados de alocação de recursos
a) seguro
b) seguro
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Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 22
O Algoritmo do Banqueiro
para Múltiplos Recursos
Exemplo do algoritmo do banqueiro com múltiplos recursos
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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
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 24
Prevenção de Deadlock
Atacando 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
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 25
Prevenção de Deadlock
Atacando 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
– !!??
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 26
Prevenção de Deadlock
Atacando a Condição de Espera Circular (1)
a) Recursos ordenados numericamente
b) Um grafo de recursos
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 27
Prevenção de Deadlock
Resumo das abordagens para prevenir deadlock
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 28
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
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 29
Deadlocks que não
Envolvem Recursos
• É possível que dois processos entrem
em situação de deadlock
– cada um espera que o outro faça algo
• Pode ocorrer com semáforos
– cada processo executa um down() sobre
dois semáforos (mutex e outro qualquer)
– se executados na ordem errada, resulta
em deadlock
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 30
Condição de Inanição - Starvation
• Algoritmo para alocar um recurso
– pode ser ceder para o job mais curto primeiro
• Funciona bem para múltiplos jobs curtos em um
sistema
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Sistemas Operacionais Modernos Capítulo 3 Deadlock

  • 1. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 1 Deadlocks - Impasses Capítulo 3 3.1. Recurso 3.2. Introdução aos deadlocks 3.3. Algoritmo do avestruz 3.4. Detecção e recuperação de deadlocks 3.5. Evitando deadlocks 3.6. Prevenção de deadlocks 3.7. Outras questões
  • 2. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 2 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
  • 3. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 3 Recursos (1) • 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
  • 4. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 4 Recursos (2) • Seqüência de eventos necessários ao uso de um recurso 1. solicitar o recurso 2. usar o recurso 3. liberar o recurso • Deve esperar se solicitação é negada – processo solicitante pode ser bloqueado – pode falhar resultando em um código de erro
  • 5. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 5 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
  • 6. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 6 Quatro Condições para Deadlock 1. Condição de exclusão mútua • todo recurso está ou associado a um processo ou disponível 1. Condição de posse e espera • processos que retêm recursos podem solicitar novos recursos 1. Condição de não preempção • recursos concedidos previamente não podem ser forçosamente tomados 1. 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
  • 7. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 7 Modelagem de Deadlock (2) • Modelado com grafos dirigidos a) recurso R alocado ao processo A b) processo B está solicitando/esperando pelo recurso S c) processos C e D estão em deadlock sobre recursos T e U
  • 8. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 8 Modelagem de Deadlock (3) Estratégias para tratar Deadlocks 1. ignorar por completo o problema 2. detecção e recuperação 3. evitação dinâmica • alocação cuidadosa de recursos 1. prevenção • negação de uma das quatro condições necessárias
  • 9. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 9 Modelagem de Deadlock (4) Como ocorre um deadlock
  • 10. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 10 Modelagem de Deadlock (5) Como pode ser evitado um deadlock
  • 11. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 11 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
  • 12. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 12 Detecção com um Recurso de Cada Tipo (1) Encontre o Deadlock.
  • 13. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 13 Detecção com um Recurso de Cada Tipo (1) • Observe a posse e solicitações de recursos • Um ciclo pode ser encontrado dentro do grafo, denotando deadlock
  • 14. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 14 Detecção com um Recurso de Cada Tipo (2) Estruturas de dados necessárias ao algoritmo de detecção de deadlock
  • 15. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 15 Detecção com um Recurso de Cada Tipo (3) Um exemplo para o algoritmo de detecção de deadlocks
  • 16. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 16 Recuperação de Deadlock (1) • 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
  • 17. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 17 Recuperação de Deadlock (2) • 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
  • 18. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 18 Evitando Deadlocks Trajetórias de Recursos Trajetórias de recursos de dois processos
  • 19. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 19 Estados Seguros e Inseguros (1) Demonstração de que o estado em (a) é seguro
  • 20. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 20 Estados Seguros e Inseguros (2) Demonstração de que o estado em (b) é inseguro
  • 21. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 21 O Algoritmo do Banqueiro para um Único Recurso Três estados de alocação de recursos a) seguro b) seguro c) inseguro
  • 22. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 22 O Algoritmo do Banqueiro para Múltiplos Recursos Exemplo do algoritmo do banqueiro com múltiplos recursos
  • 23. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 23 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
  • 24. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 24 Prevenção de Deadlock Atacando 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
  • 25. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 25 Prevenção de Deadlock Atacando 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 – !!??
  • 26. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 26 Prevenção de Deadlock Atacando a Condição de Espera Circular (1) a) Recursos ordenados numericamente b) Um grafo de recursos
  • 27. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 27 Prevenção de Deadlock Resumo das abordagens para prevenir deadlock
  • 28. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 28 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
  • 29. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 29 Deadlocks que não Envolvem Recursos • É possível que dois processos entrem em situação de deadlock – cada um espera que o outro faça algo • Pode ocorrer com semáforos – cada processo executa um down() sobre dois semáforos (mutex e outro qualquer) – se executados na ordem errada, resulta em deadlock
  • 30. Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 30 Condição de Inanição - Starvation • Algoritmo para alocar um recurso – pode ser 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