Дисциплина ОП.01 Операционные системы Тема: Распределение ресурсов. Лекция 11 Тема 3.2.2 Распределение ресурсов. Машиннонезависимые свойства операционных систем

Название	Машиннонезависимые свойства операционных систем
Анкор	Дисциплина ОП.01 Операционные системы Тема: Распределение ресурсов
Дата	01.11.2021
Размер	410.77 Kb.
Формат файла
Имя файла	Лекция 11 Тема 3.2.2 Распределение ресурсов.pdf
Тип	Лекция #260532

Раздел 3.
МАШИННО-НЕЗАВИСИМЫЕ СВОЙСТВА
ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Свойства, которыми обладают операционные системы, делятся на две группы:
машинно-зависимые и машинно-независимые.
Машинно-зависимые свойства современных ОС, такие как: прерывания, планирование
процессов, управление реальной и виртуальной памятью, обслуживание ввода-вывода,
- были рассмотрены в предыдущих лекциях.
К машинно-независимым свойствам операционных систем относятся:

работа с файлами;

управление заданиями;

распределение ресурсов;

защита данных.
Тема 3.2.
ПЛАНИРОВАНИЕ ЗАДАНИЙ. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСОВ
Тема 3.2.2
Распределение ресурсов. Взаимоблокировки.
Обнаружение и устранение взаимоблокировок
План занятия:
1. Распределение ресурсов.
2. Взаимоблокировки.
3. Обнаружение и устранение взаимоблокировок.
4. Предотвращение взаимоблокировок.
1. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСОВ
Часто при выполнении прикладных задач возникают ситуации, когда один процесс нуждается в доступе сразу к нескольким ресурсам, или один ресурс необходим сразу нескольким
процессам, и они начинают бороться за него.
Ресурсы – объекты предоставления доступа.
Ресурсы бывают выгружаемые и невыгружаемые, аппаратные и программные.
Выгружаемый ресурс - этот ресурс безболезненно можно забрать у процесса
(например: память).
Невыгружаемый ресурс - этот ресурс нельзя забрать у процесса без потери данных
(например: принтер).
Последовательность событий, необходимых для использования ресурса, можно представить в абстрактной форме таким образом:

Запрос ресурса.

Использование ресурса.

Возврат ресурса.
2. ВЗАИМОБЛОКИРОВКИ
Когда несколько процессов борются за один ресурс, может произойти
взаимоблокировка процессов. Такая проблема возникает при борьбе за невыгружаемые ресурсы (например: принтер).
Группа процессов находится в тупиковой ситуации (взаимоблокировке), если каждый процесс из группы ожидает событие, которое может вызвать только другой процесс из той же группы.
Например, в системе исполняются два процесса, каждый из которых хочет записать отсканированный документ на компакт-диск. Процесс А запрашивает разрешение на исполнение сканера и получает его. Процесс В запрашивает устройство для записи компакт- дисков и получает его. Затем процесс А обращается к устройству для записи компакт-дисков, но запрос отклоняется до тех пор, пока то устройство занято процессом В. Вместо того, чтобы
освободить устройство для записи компакт-дисков, процесс В запрашивает сканер.
В итоге процессы блокируются. Такая ситуация называется тупиком, тупиковой ситуацией, или
взаимоблокировкой.

Для возникновения ситуации взаимоблокировки должны выполняться четыре условия:

1. Условие взаимного исключения. Каждый ресурс в данный момент или отдан ровно одному процессу, или доступен.

2. Условие удержания и ожидания. Процессы, в данный момент удерживающие полученные ранее ресурсы, могут запрашивать новые ресурсы.

3. Условие отсутствия принудительной выгрузки ресурса. У процесса нельзя принудительным образом забрать ранее полученные ресурсы. Процесс, владеющий ими, должен сам освободить ресурсы.

4. Условие циклического ожидания. Должна существовать круговая последовательность из двух и более процессов, каждый из которых ждет доступа к ресурсу, удерживаемому следующим членом последовательности.
3. ОБНАРУЖЕНИЕ И УСТРАНЕНИЕ ВЗАИМОБЛОКИРОВОК.
Алгоритмы обнаружения взаимоблокировок с целью их последующего устранения можно представить в виде моделей (графов).
Графы имеют два вида узлов:

процессы, показанные кружочками,

ресурсы, нарисованные квадратиками.
Ребро, направленное от узла ресурса (квадрат) к узлу процесса (круг), означает, что ресурс ранее был запрошен процессом, получен и в данный момент используется этим процессом.
На Рис. 1(а) ресурс R в настоящее время отдан процессу A.
Ребро, направленное от процесса к ресурсу, означает, что процесс в данный момент
блокирован и находится в состоянии ожидания доступа к этому ресурсу.
Для избежания взаимоблокировок существуют следующие стратегии:

пренебрежение проблемой в целом (возможно взаимоблокировка не возникнет);

обнаружение и устранение (взаимоблокировка происходит, но оперативно ликвидируется);

динамическое избежание взаимоблокировок;

предотвращение условий возникновения взаимоблокировок.
В первом случае, если вероятность взаимоблокировки очень мала, то ею легче пренебречь, т.к. код исключения может очень усложнить ОС и привести к большим ошибкам.
Также многие взаимоблокировки тяжело обнаружить. Этот алгоритм используется как в UNIX,

так и в Windows. Поэтому (и не только) на серверах часто устанавливают автоматическую
перезагрузку (раз в сутки, как правило, ночью), если возникнет взаимоблокировка, то после перезагрузки ее не будет.
Во втором случае система не пытается предотвратить взаимоблокировку, а пытается обнаружить ее и устранить. Обнаружить взаимоблокировку можно:

когда запрашивается очередной ресурс;

через какой-то промежуток времени;

когда загрузка процессора слишком велика.
После обнаружения взаимоблокировки возможны следующие способы выхода из нее:
1. при помощи принудительной выгрузки ресурса (как правило, требуется ручное вмешательство);
2. через откат (состояние процессов записывается в контрольных точках, и в случае тупика можно сделать откат процесса, после чего он продолжит работу снова с этой точки);
3. путем уничтожения процесса.
В третьем случае ОС должна знать наперед, является ли предоставление ресурса безопасным или нет.
4. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ВЗАИМОБЛОКИРОВОК
Для возникновения взаимоблокировок необходим ряд условий. Предотвращение этих условий предотвратит и сами взаимоблокировки.
Предотвращение условия взаимного исключения состоит в минимизации количества процессов, борющихся за ресурсы.
Предотвращение условия удержания и ожидания состоит в том, что процесс должен запрашивать все необходимые ресурсы до начала работы. Если хоть один ресурс недоступен, то процессу вообще ничего не предоставляется
Предотвращение условия отсутствия принудительной выгрузки ресурса состоит в том, что система разрешает выгружать ресурсы.
Предотвращение условия циклического ожидания осуществляется следующими способами:

прежде чем занять новый ресурс, процесс освобождает старый;

упорядочение (нумерация) ресурсов, в результате чего процессы запрашивают ресурсы только по порядку.
Вопросы к теме "Распределение ресурсов"
1. Что такое взаимоблокировка?
2. При работе, с какими ресурсами может возникнуть взаимоблокировка?
3. Что такое ресурс?
4. Что может быть ресурсом?
5. Какой алгоритм использует система для обнаружения и устранения взаимоблокировок?
6. Как можно избежать взаимоблокировок?
7. Перечислите 4 основных условий, которые приводят к взаимоблокировке.
8. Дайте определение термину "подкачка"
9. Дайте определение термину "демон"
10. При каких условиях предотвращение взаимоблокировки не возможно?