Abrazo mortal

1. Abrazo mortal Sebastián Sánchez Prieto

2. Planteamiento del problema • Deriva del hecho de que en un sistema multiprogramado los procesos compiten por un conjunto limitado de recursos • Se puede, en estas condiciones, producir la situación siguiente: • P0 espera por un recurso asignado a P1, el cual espera por un recurso asignado a P2 que espera por un recurso asignado a P0 • Como consecuencia, ningún proceso evoluciona • Se dice que están en abrazo mortal o interbloqueados

3. Forma de utilizar un recurso Se pide open, malloc, P, etc. Se usa Se devuelve close, free, V, etc.

4. Tipos de recursos • Recursos apropiables (memoria): se pueden tomar del proceso que los posee sin producir daños • Recursos no apropiables (impresora): sólo pueden ser utilizados por un proceso a la vez • Los abrazos mortales pueden darse tanto con recursos hardware (impresora) como software (semáforos) • Cada recurso puede tener varios ejemplares • Un conjunto de procesos se bloquea si cada proceso del conjunto espera un evento que sólo puede ser provocado por otro proceso del conjunto

5. Condiciones • Exclusión mutua: los recursos implicados deben ser no compartibles • Posesión y espera: deben existir procesos que tienen asignados recursos y están esperando por otros recursos asignados a otros procesos • No apropiación: los recursos son liberados voluntariamente. No hay requisa • Espera circular: P0 espera por P1, P1 por P2, P2 por P3, ..., Pn-1 por Pn y Pn por P0 • Si no se producen las cuatro condiciones de forma simultánea, no existe el abrazo mortal

6. Grafo de asignación de recursos • Sirven para describir el abrazo mortal • Consta de un conjunto de vértices (V) y un conjunto de flechas (F) • Dos tipos de vértices: • Procesos P = {P1, P2, ... Pn} y • Recursos R = {R1, R2, ..., Rm} • Dos tipos de flechas: • De asignación RjPi • De petición Pi Rj

7. Ejemplo P1 R3 R1 R2 P2 P3

8. Ejemplo • Si en el grafo no existen ciclos se puede demostrar que no existe abrazo mortal, pero si existen ciclos, éste puede aparecer P1 R1 R2 P2

9. Cómo prevenir el abrazo mortal • Solución: eliminar una cualesquiera de las cuatro condiciones necesarias para que éste se produzca • Exclusión mutua • En general no podremos modificar este aspecto • Razón: existen recursos intrínsecamente no compartibles

10. Cómo prevenir el abrazo mortal • Posesión y espera • Métodos: • Los procesos al comienzo de su ejecución solicitan todos los recursos que van a necesitar • Conceder recursos sólo a los procesos que no poseen ninguno. Antes de pedir un recurso tiene que liberar los que en este momento posee • Problemas: baja utilización de los recursos y posible inanición

11. Cómo prevenir el abrazo mortal • No apropiación • Método: si un proceso solicita un recurso, y éste no está disponible, nos apropiamos de todos los recursos que posee • Problema: existen recursos que no pueden ser asignados y retirados cuando nos de la gana

12. Cómo prevenir el abrazo mortal • Espera circular • Método: asignamos a cada recurso un número natural N que lo diferencie del resto • Si obligamos a que los procesos soliciten los recursos en orden creciente acorde a sus números, nunca puede producirse el abrazo mortal

13. Métodos alternativos • Los métodos que describiremos van a ser más efectivos, a costa de mantener mayor información • En función de esa información, podremos proponer diversos algoritmos para evitar el bloqueo • Los algoritmos más sencillos y efectivos se basan en conocer la cantidad máxima de recursos que va a necesitar cada proceso • En función de esa cantidad máxima de recursos y del estado actual de asignación, el algoritmo determinará si las nuevas solicitudes son satisfechas o no, con objeto de evitar los estados inseguros

14. Manejo de abrazo mortal • ¿Qué se puede hacer con el abrazo mortal? • Preasignación de recursos • Asignación con restricciones • Detección y recuperación • Ignorarlo • La última alternativa es la más simple y la menos efectiva, pero quizás sea la más ampliamente utilizada

15. Preasignación de recursos • Cuando un proceso comienza determina los recursos que va a usar • Cuando todos estén disponibles, comienza • Utilizado en el sistema OS/360 • Inconvenientes: • Es necesario conocer a priori los recursos que se van a emplear • Puede que algún recurso solicitado no se emplee • Se obtiene una baja utilización de los mismos

16. Asignación con restricciones • El usuario está obligado a establecer a priori qué recursos va a utilizar • Al contrario que en el caso anterior, el proceso comienza su ejecución y se le van asignando recursos dinámicamente • Antes de asignar los recursos se comprueba que el sistema permanece en un estado seguro • ¿Qué es un estado seguro?

17. Estado seguro • Se dice que un estado es seguro si el sistema puede asignar, en algún orden, recursos a los procesos evitando el abrazo mortal Proceso Necesidad máxima Asignados P1 9 3 P2 7 4 P3 3 1 • Si inicialmente tenemos 8 ejemplares del recurso la secuencia <P3, P2, P1> permite la finalización de los tres procesos

18. Ejemplos Caso 1: 1 recurso libre. ¿Estado seguro? Proceso Necesidad máxima Asignados P1 10 3 P2 9 4 P3 5 2 P4 3 2 Caso 2: 2 recursos libres. ¿Estado seguro? Proceso Necesidad máxima Asignados P1 10 3 P2 9 4 P3 4 2 P4 7 2

19. Estados seguro e inseguro • Los estados inseguros no siempre conducen a un abrazo mortal • Un estado con un abrazo mortal es un estado inseguro • Si los estados son seguros el sistema operativo evita los abrazos mortales Estado seguro Estado inseguro Abrazo mortal

20. Algoritmo del banquero • Se denomina así porque puede utilizarse en un banco para asegurar que el banco siempre disponga del suficiente dinero efectivo para satisfacer la necesidad de todos sus clientes • Cuando un proceso inicia su sesión, debe declarar la máxima cantidad de recursos que va a necesitar • Si esta cantidad es mayor que la cantidad disponible, el proceso no se puede ejecutar • A partir de este punto, el sistema asignará los recursos, manteniéndose siempre en un estado seguro

21. Estructuras de datos necesarias • Disponibles: es un vector de longitud m que indica el número de recursos disponibles de cada tipo • Si Disponible[i]=k, quiere decir que hay k ejemplares del recurso Ri disponibles • Máximo: es una matriz de n x m elementos que define la máxima demanda de recursos de cada proceso • Si Máximo[i,j]=k, Entonces el proceso Pi puede requerir hasta un máximo de k ejemplares del recurso Rj

22. Estructuras de datos necesarias • Asignados: es una matriz de n x m elementos que define el número de ejemplares de cada recurso que están asignadas en ese momento • Si Asignados[i,j]=k quiere decir que el proceso Pi tiene asignados k ejemplares del recurso Rj • Necesitados: es una matriz de n x m elementos que indica el número de ejemplares necesitados por cada uno de los procesos en un instante determinado • Si Necesitados[i,j]=k, entonces el proceso Pi necesita k ejemplares más del recurso Rj

23. Notación • Obsérvese que: • Necesitados[i,j] = Max[i,j] - Asignados[i,j] • Si X e Y son dos vectores de longitud n, entonces X<=Y si y sólo si X[i]<=Y[i] para todo i • Cada columna de las matrices Necesitados y Asignados representa la situación de cada uno de los procesos • Así Necesitadosi indica todas las instancias de cada recurso necesitadas por el proceso Pi

24. Algoritmo del banquero 1. Si Pedidosi <= Necesitadosi ir al paso 2 si no error 2. Si Pedidosi <= Disponiblesi ir al paso 3 si no el proceso debe esperar hasta que los recursos estén disponibles 3. Disponibles = Disponibles - Pedidosi Asignadosi = Disponiblesi + Pedidosi Necesitadosi = Necesitadosi - Pedidosi 4. Si el estado resultante es seguro al proceso se le asignan los recursos, si no es seguro el proceso debe esperar y se restaura el estado de los recursos

25. Algoritmo de seguridad • Sean DisponiblesAux y Terminado dos vectores de longitudes m y n respectivamente 1. Inicialmente DisponiblesAux=Disponible y Terminado[i]=FALSE para todo i 2. Encontrar un i que cumpla las condiciones: a. Terminado[i]=FALSE b. Necesitadosi<=DisponiblesAux Si no existe tal i, pasar al paso 4. 3. DisponiblesAux=DisponiblesAux+Asignadosi Terminado[i]=TRUE Ir al paso 2 4. Si Terminado[i]=TRUE para todo i, entonces el sistema está en estado seguro

26. Algoritmo de petición de recursos • Sea Peticioni el vector de peticiones asignado a Pi • Si Peticioni[j]=k, entonces Pi quiere k ejemplares de Rj • Cuando llega una nueva petición de recursos por parte de Pi: 1. Si Peticioni <= Necesitadosi, ir al paso 2. Si no, error, superado el máximo de peticiones de Pi. 2. Si Peticioni <= Disponible, ir al paso 3. Si no, Pi debe esperar hasta que se liberen recursos. 3. Realizar lo siguiente: Disponible=Disponible-Peticioni Asignados=Asignados+Peticioni Necesitados=Necesitados-Peticioni • Si el estado es seguro, se asignan recursos a Pi, si no Pi espera

27. Ejemplo • El recurso A tiene 10 ej., B tiene 5 y C tiene 7 • ¿Estado seguro? Proceso Asignados Máximo Disponible Necesitados A B C A B C A B C A B C P0 0 1 0 7 5 3 3 3 2 7 4 3 P1 2 0 0 3 2 2 1 2 2 P2 3 0 2 9 0 2 6 0 0 P3 2 1 1 2 2 2 0 1 1 P4 0 0 2 4 3 3 4 3 1 • SÍ: La secuencia <P1, P3, P4, P2, P0> satisface el criterio o algoritmo de seguridad

28. Ejemplo • Consideremos la petición: Peticion1=(1, 0, 2) con ello tenemos el siguiente nuevo estado: Proceso Asignados Máximo Disponible Necesitados A B C A B C A B C A B C P0 0 1 0 7 5 3 2 3 0 7 4 3 P1 3 0 2 3 2 2 0 2 0 P2 3 0 2 9 0 2 6 0 0 P3 2 1 1 2 2 2 0 1 1 P4 0 0 2 4 3 3 4 3 1 • ¿Estado seguro? • SÍ: Secuencia <P1, P3, P4, P0, P2> • ¿Qué ocurriría si ahora Peticion4=(3,3,0)? • ¿Y con Peticion0=(0,2,0)?

29. Detección del abrazo mortal • Si un sistema no emplea una prevención de los abrazos mortales puede ocurrir un abrazo. Entonces el sistema debe proporcionar: • Un algoritmo para examinar cada estado del sistema • Un algoritmo para recuperarse de los abrazos • Un algoritmo de detección y recuperación necesita mantener cierta información • Además existen ciertas pérdidas cuando nos recuperamos de un abrazo (i. e. tiempo que los procesos no se ejecutan)

30. Detección mediante grafo de espera • Sólo válido cuando el # de ejemplares x recurso = 1 • Generación del grafo de espera R3 P4 P4 P1 P1 R2 R1 R4 P2 P2 P3 P3 • Si en el grafo de espera no hay bucles -> no hay interbloqueo

31. Detección general • Como algoritmo de detección se puede emplear una variante del algoritmo de seguridad visto anteriormente • Estructuras de datos: • Disponibles: es un vector de longitud m que indica el número de recursos disponibles • Asignados: es una matriz de n x m elementos que define el número de ejemplares de cada recurso que están asignadas en ese momento • Solicitados: es una matriz de n x m elementos que indica el número de ejemplares solicitados por cada proceso

32. Algoritmo 1. Inicialmente DisponiblesAux=Disponible. 2. Para cada proceso si Asignadosi!=0 Terminado[i]=FALSE, en otro caso Terminado[i]=TRUE 3. Encontrar un i que cumpla las condiciones: a. Terminado[i]=FALSE b. Solicitadosi<=DisponiblesAux Si no existe tal i, pasar al paso 5 4. DisponiblesAux=DisponiblesAux+Asignadosi Terminado[i]=TRUE Ir al paso 3 5. Si al terminar tenemos algún proceso con Terminado[i]=FALSE, estos procesos se encontrarán en abrazo mortal

33. Recuperación del abrazo mortal • Avisar al operador y dejar que decida • Terminación de procesos • Abortar todos los proceso implicados • Ir abortando procesos uno a uno hasta que eliminemos el abrazo mortal • Se abortan aquellos procesos cuya terminación conlleva menor coste • Abortar un proceso no es fácil ->p.e. se pueden producir errores si se está guardando un fichero • Apropiación de recursos

34. Criterios para elegir víctimas • Prioridad de los procesos • Cuánto tiempo se ha ejecutado y cuánto le queda para terminar • Cuántos y qué tipo de recursos ha usado • Cuántos recursos necesita para terminar • Cuántos procesos deben ser terminados • Tipo de proceso: interactivo o bach