Обнаружение тупиков

Алгоритм страуса

Основные направления борьбы с тупиками.

В связи с проблемой тупиков были выполнено много интересных исследований в области информатики и операционных систем.

Основные направления борьбы с тупиками:

1. Игнорировать данную проблему

2. Обнаружение тупиков

3. Восстановление после тупиков

4. Предотвращение тупиков за счет тщательного выделения ресурсов или нарушения одного из условий возникновения тупиков.

Простейший подход - игнорировать проблему тупиков. Различные люди реагируют на подобную стратегию по-разному. Математики находят ее неприемлемой и утверждают, что тупики должны быть предотвращены любой ценой. Инженеры задают вопрос: как часто возникает данная проблема и как часто система виснет по другим причинам? Если тупик встречается раз в пять лет, но аварийный останов системы из-за отказов оборудования, ошибок компиляторов или ОС происходит раз в месяц, большинство инженеров не пожелают пожертвовать производительностью или удобством, чтобы ликвидировать тупик.

Например, ОС Unix, имеющая в ядре ряд массивов фиксированной размерности, потенциально страдает от тупиков, даже если они не обнаружены. Например, суммарное число процессов в системе определяется размерностью таблицы процессов. Если таблица заполнена, вероятность этого ничтожна, но такое может произойти, то для программы, которая делает вызов fork, резонно подождать некоторое время и попытаться осуществить этот вызов вновь. Следует ли отказываться от вызова fork, чтобы решить эту проблему?

Максимальное число открытых файлов аналогичным образом ограничено размером таблицы индексных узлов. С ними может произойти аналогичная ситуация. Пространство выгрузки на диске - другой лимитируемый ресурс. Фактически любая таблица в ОС - конечный ресурс.

Подход Unix состоит в том, чтобы игнорировать данную проблему в предположении, что большинство пользователей предпочтут случайный тупик нелепым правилам заставляющих их иметь один процесс, один открытый файл и т.п.... Таким образом, мы сталкиваемся с нежелательным выбором между строгостью и удобством. Трудно найти общее, устраивающее всех решение.

Обнаружение тупика это установление факта, что возникла тупиковая ситуация и определение процессов и ресурсов, вовлеченных в эту ситуацию. Как правило, алгоритмы обнаружения применяются, когда выполнены первые три необходимых условия возникновения тупиковой ситуации. Затем проверяется наличие режима кругового ожидания. При этом активно используются уже упоминавшиеся графы распределения ресурсов.

Рассмотрим модельную ситуацию [12]:

• Процесс A удерживает ресурс R и ожидает ресурс S.
• Процесс B претендует на ресурс T.
• Процесс C претендует на ресурс S.
• Процесс D удерживает ресурс U и ожидает ресурсы S и T.
• Процесс E удерживает ресурс T и ожидает ресурс V.
• Процесс F удерживает ресурс W и ожидает ресурс S.
• Процесс G удерживает ресурс V и ожидает ресурс U.

Вопрос состоит в том, является ли данная ситуация тупиковой, и если да, то какие процессы в ней участвуют.

Рис. 7.2 (а) Граф ресурсов. (б) Цикл, извлеченный из графа (a).

Для ответа на этот вопрос можно сконструировать граф ресурсов, как показано на рис. 7.2. Из рисунка видно, что имеется цикл, моделирующий условие кругового ожидания, и процессы D,E,G в тупиковой ситуации

Визуально легко обнаружить наличие тупика, но нужны также формальные алгоритмы, реализуемые на компьютере.

Один из таких алгоритмов описан в [12], там же можно найти ссылки на другие алгоритмы.

Существуют и другие способы обнаружения тупиков, применимые также в ситуациях, когда имеется несколько ресурсов каждого типа. Так в [22]описан способ, называемый редукцией графа распределения ресурсов, а в [12] матричный алгоритм.

Дата добавления: 2014-12-16