Sistemas operativos

Sistemas operativos
Tema 6: Interbloqueo ( (deadlock deadlock)

Concurrencia de procesos
►Conceptos Conceptos de concurrencia y exclusión exclusi n
mutua.
►Herramientas Herramientas de sincronización.
sincronizaci n.
►Comunicaci
Comunicación n entre procesos.
►Interbloqueo.
Interbloqueo.

Interbloqueo
► Procesos acceden a recursos compartidos según seg n
un protocolo de solicitud, uso y liberación. liberaci
► Quienquiera que gestione los recursos decide si las
solicitudes se conceden o, por el contrario, los
procesos han de esperar. esperar
► Un conjunto de procesos está est en interbloqueo si
cada uno está est esperando por recursos que sólo s lo
pueden liberar otros procesos del conjunto.
Situación Situaci n indeseable: los procesos no avanzan y los
recursos permanecen retenidos.

Estado de asignación asignaci n de recursos
► El gestor de los recursos registra si están est n libres, o
asignados a un proceso concreto.
► Dicha información informaci n se puede representar en un
grafo de asignación asignaci n de recursos. recursos
{P 1, , P 2, , …, , Pn} } denota el conjunto de procesos
(círculos). (c rculos).
{R 1, , R 2, , …, , Rm} } denota el conjunto de recursos
(rectángulos), (rect ngulos), con uno o varios ejemplares (puntos).
Asignación:
Asignaci n: Pi Rj. Solicitud (espera): Pi Rj.

Grafo de asignación asignaci n de recursos
R 1
R 3
P 2
P 1
P 3
R 2
► El grafo permite
identificar situaciones
de interbloqueo.
► La pregunta es:
¿Podr Podrían an concederse las
solicitudes actuales con
los recursos disponibles
más s los que liberarían liberar an
los procesos que no
están est n esperando?

Grafos e interbloqueo
►Interbloqueo
Interbloqueo ciclos en el grafo.
R 1
R 3
P 2
P 1
P 3
R 2
Hay interbloqueo No hay interbloqueo
R 1
R 3
P 2
P 1
P 3
R 2

Condiciones de interbloqueo
► 4 condiciones necesarias, en conjunto suficientes:
Exclusión Exclusi n mutua en el acceso a los recursos.
Retención Retenci n y espera: los procesos retienen los recursos que tienen
asignados mientras esperan a que se les asignen otros.
No expropiación:
expropiaci n: los recursos se liberan sólo s lo cuando los procesos
han terminado de usarlos.
Espera circular: existe una secuencia de procesos
(p0, , p 1, , …, , pj, , p0) ) tal que cada uno está est esperando por recursos
que sólo lo pueden liberar los siguientes.
► Las 3 primeras son condiciones estáticas est ticas (características (caracter sticas de
los recursos y política pol tica de asignación).
asignaci n).
► La cuarta condición condici n va ligada a la dinámica din mica de ejecución ejecuci n de
los procesos.

Gestión Gesti n del interbloqueo
► Tres opciones:
Garantizar que nunca se llega a situación situaci n de
interbloqueo.
►Prevención: Prevenci n: negar al menos una de las condiciones necesarias.
►Evasión Evasi n (evitación):
(evitaci n): denegar solicitudes aún a n con recursos
disponibles, para tener controlado el riesgo de interbloqueo.
Conceder todas las solicitudes mientras haya recursos
suficientes, y tomar medidas si se llega a interbloqueo.
►Detección Detecci n y recuperación.
recuperaci
No hacer nada. nada
►Muchas Muchas veces, el interbloqueo afecta a procesos que forman
parte de una misma aplicación. aplicaci n.
►La La responsabilidad se deja en manos del programador.

Prevención Prevenci n de
interbloqueos

Prevención Prevenci n de interbloqueos
► Hacer imposible el interbloqueo, negando alguna
de las condiciones necesarias.
Negar la exclusión exclusi n mutua. mutua
►Imposible Imposible con recursos no compartibles (e.g ( e.g. . impresoras).
Negar la no expropiación.
expropiaci
►Sólo lo para recursos que pueden recuperar su estado (e.g ( e.g. .
memoria o CPU).
►Un Un proceso que tiene que esperar pierde los recursos que le
fueron asignados, y pasa a esperar también tambi n por ellos.
►Alternativamente, Alternativamente, se demora la expropiación expropiaci n hasta que algún alg n
otro proceso necesite dichos recursos.
►Riesgo Riesgo de inanición.
inanici

Prevención Prevenci n de interbloqueos
► Las demás dem s posibilidades pasan por limitar las
solicitudes.
Negar la retención retenci n y espera. espera
►Obligar Obligar a solicitar todos los recursos que vaya a necesitar cada
proceso al inicio de su ejecución. ejecuci n.
Problema: un proceso puede no conocer por adelantado todos los
recursos que va a necesitar (e.g ( e.g. . trabajos interactivos).
►Como Como alternativa, sólo s lo permitir solicitudes si los procesos no
tienen ningún ning n recurso asignado.
►Política Pol tica conservadora:
Restringe escenarios sin riesgo de interbloqueo.
Infrautilización: Infrautilizaci n: recursos asignados que no se utilizan.
►Riesgo Riesgo de inanición.
inanici

Prevención Prevenci n de interbloqueos
►Tambi También n limitando las solicitudes:
Negar la espera circular. circular
►Ordenar Ordenar los recursos y exigir que se soliciten en
orden creciente.
►Alternativamente, Alternativamente, siendo i≤j, , exigir que un proceso
libere los ejemplares que tenga asignados de Rj antes de solicitar ejemplares de Ri. ►Pol Política tica conservadora:
Restringe escenarios sin riesgo de interbloqueo.
Infrautilización: Infrautilizaci n: recursos asignados que no se utilizan.
►La La ordenación ordenaci n de los recursos es crucial para las
prestaciones.

Evasión Evasi n de interbloqueos

Evasión Evasi n de interbloqueos
► Impedir que se llegue a interbloqueo, explotando
información
informaci n a a priori priori sobre las necesidades de los procesos.
El mecanismo más m s sencillo requiere conocer las necesidades
máximas ximas de los procesos.
Tal información informaci n no está est disponible en un caso general.
► Denegar solicitudes que se podrían podr an conceder, para no
depender de la dinámica din mica de ejecución ejecuci n de los procesos. procesos
Se evitan las condiciones de retención retenci n y espera y/o espera circular. circular
► Política Pol tica ligeramente menos conservadora que la
prevención.
prevenci n.

Estados seguros
► Para un sistema dado, existirán existir n un conjunto de estados en
los que el sistema está est en situación situaci n de interbloqueo.
► Para evitar llegar a ellos, se fuerza la evolución evoluci n por estados
seguros. seguros
Análisis An lisis de caso peor: un estado es seguro si es posible encontrar
un orden para satisfacer las necesidades máximas ximas de todos los
procesos.
Para un estado dado, una secuencia de procesos
(p 1, , p 2, , …, , pn) ) es una secuencia segura si las necesidades máximas m ximas
de pj en ese momento pueden satisfacerse con los recursos libres
más s los que tienen asignados los procesos pi, , con i

Estados seguros e inseguros
►En En un estado seguro: seguro
No hay interbloqueo.
Se puede encontrar un orden para satisfacer las
necesidades máximas m ximas de todos los procesos.
►En En un estado no seguro (inseguro): (inseguro)
Puede haber interbloqueo o no.
De no haberlo ya, el que se llegue o no a
interbloqueo depende de cómo c mo se sucedan las
solicitudes de recursos.

Ejemplo
► Un único nico recurso con 12 ejemplares.
► 3 procesos:
P 1
P 2
P 3
Necesidad máxima
10
► El sistema se encuentra en un estado seguro.
Secuencia segura: (P 2,P ,P1,P ,P3). 4
9
Asignación actual
5
2
2

Estados seguros e inseguros
Solicitudes, asignaciones
y liberaciones
Estados seguros
Estado
inicial
Asignaciones
Liberaciones
Estados inseguros
Estados
de interbloqueo
Solicitudes, asignaciones
y liberaciones

Algoritmos para evitar interbloqueos
► Demorar las asignaciones que, aún a n pudiendo
efectuarse por haber recursos disponibles,
llevarían llevar an al sistema a un estado inseguro.
► Para cada asignación asignaci n que se plantee:
¿Existen Existen recursos libres para efectuarla?
►NO: NO: el proceso espera.
►SÍ: : simular que se realiza la asignación. asignaci n.
¿El El estado resultante es seguro?
► NO: el proceso espera.
► SÍ: : el proceso obtiene los recursos.
► Se necesita un algoritmo para determinar si un
estado es seguro (algoritmo de seguridad).
seguridad)

Ejemplo (continúa) (contin a)
► ¿Qu Qué pasa si P 3 solicita un nuevo ejemplar?
Aunque hay ejemplares libres, antes de asignar hay que
verificar el estado al que se llegaría: llegar a:
P 1
P 2
P 3
Necesidad máxima
10
4
9
Asignación actual
Sería Ser a un estado inseguro, desde el que P 1 y P 3 podrían podr an
llegar a bloquearse mutuamente.
Por tanto, P3 tiene que esperar. esperar
5
2
3

Algoritmos de seguridad
► Se trata de ver si existe una secuencia segura
para un estado determinado.
► Si sólo s lo existe 1 ejemplar de cada recurso:
Detección Detecci n de ciclos sobre grafos de asignación asignaci n con
flechas de reserva (de puntos), que indican que un
proceso puede solicitar un determinado recurso.
►Para Para simular que se atiende una solicitud, se cambian las
flechas de reserva correspondientes por flechas de asignación. asignaci n.
►Si Si aparecen ciclos, el estado es inseguro.
►Complejidad Complejidad O(n 2 ), con n el número n mero de procesos.

P 1
R 1
R 2
P 2
P 1 y P 2 pueden solicitar R 1 y R 2
P 1
R 1
R 2
P 2
P 2 solicita R 2
Aparece un ciclo P 2 espera
Ejemplo
P 1
P 1
R 1
R 2
R 1
R 2
P 2
P 1 solicita R 1
No aparecen ciclos R 1 se asigna a P 1
P 2
P2 espera
Se le asignará R2 cuando P1 libere R1

Algoritmos de seguridad
►Si Si existe más m s de 1 ejemplar de algún alg n
recurso: algoritmo del banquero. banquero
Analogía: Analog a: nunca asignar efectivo disponible si
hay riesgo de no poder satisfacer las
necesidades de todos los clientes.
Esencialmente el mismo procedimiento que en
la detección detecci n de ciclos, pero sobre una
representación representaci n matricial. matricial
Complejidad O(m·n O(m 2 ), con m el número n mero de
recursos y n el número n mero de procesos.

Algoritmo del banquero
► Vectores de longitud m:
Libres[j] Libres[j = número n mero de ejemplares no asignados del
recurso Rj. Máxima ximak [j] [j = número n mero máximo m ximo de ejemplares del
recurso Rj que puede necesitar simultáneamente simult neamente el
proceso Pk. Asignación Asignaci k [j] [j = número n mero de ejemplares del recurso Rj que tiene asignados el proceso Pk. Solicitud k [j] [j = número n mero de ejemplares del recurso Rj que
solicita el proceso Pk. ► Conceder una solicitud implica:
Libres = Libres – Solicitud k
Asignación Asignaci k = Asignación Asignaci k + Solicitud
Solicitud k

Algoritmo del banquero
► La verificación verificaci n del estado trata de construir una secuencia segura.
En evasión evasi n simulamos el caso peor Solicitud k = Máxima ximak – Asignación Asignaci k .
El vector Disponibles, Disponibles,
de longitud m, acumulará acumular los recursos libres y los
asignados a los procesos anteriores en la secuencia segura.
El vector Incluido, Incluido,
de n componentes booleanas, booleanas,
indicará indicar si los distintos
procesos ya se han incluido en la secuencia segura.
Procedimiento:
► Disponibles = Libres
► Incluido = {falso, falso, falso,
…, , falso}
► Repetir por siempre:
Buscar k tal que
► (Incluido[k Incluido[k] ] = falso) Y
► (Solicitud Solicitudk [j]
≤ Disponibles[j], Disponibles[j],
1≤j≤m) 1 m)
Si existe ese k, entonces
► Incluido[k] Incluido[k]
= verdadero
► Disponibles = Disponibles + Asignaci
Si no, salir del bucle
Asignación k
► Si existe k tal que Incluido[k] Incluido[k]
= falso, el estado es inseguro.
► En caso contrario, es seguro.

Detección Detecci n de
interbloqueos

Detección Detecci n de interbloqueos
► Conceder todas las solicitudes mientras haya recursos para atenderlas, atenderlas,
y tomar medidas si se detecta interbloqueo.
No se restringen escenarios sin riesgo de interbloqueo.
No hay infrautilización infrautilizaci n de recursos.
► Para la detección detecci n se usan los mismos algoritmos de seguridad que en
la evasión, evasi n, teniendo en cuenta las solicitudes reales (no el caso peor).
► ¿Cu Cuándo ndo ejecutar el algoritmo de detección? detecci n?
Con cada solicitud que no se puede satisfacer inmediatamente.
► La detección detecci n más m s rápida. r pida.
► Permite identificar al proceso que causa causa el interbloqueo.
► Puede suponer un coste excesivo.
Periódicamente.
Peri dicamente.
► Dificultad de elegir el periodo más m s adecuado.
Cuando se detecte una degradación degradaci n de las prestaciones del sistema (e.g ( e.g. .
un factor de utilización utilizaci n de la CPU bajo).

Recuperación
Recuperaci
► Abortar procesos, procesos,
dejando libres los recursos que retienen.
Todos los procesos que participan en el interbloqueo (drástico). (dr stico).
Un proceso tras otro, otro,
comprobando si se resuelve el problema.
► Selección Selecci n en base a prioridades, número n mero y tipo de recursos
consumidos, etc.
► Expropiar recursos:
Selección Selecci n de procesos víctima v ctima (como arriba).
Selección Selecci n de recursos.
► No todos se pueden expropiar.
Retroceso: devolver los procesos a un punto anterior de su
ejecución. ejecuci n.
► Solución Soluci n más m s drástica dr stica y simple: abortar y reiniciar.
Hay que considerar los procesos afectados en el pasado para no
causar inanición.
inanici

Fin