Thảo luận Bài 8

à đảm bảo ít nhất một trong bốn điều kiện không thể xuất hiện
a.Ngăn cản lẫn nhau – đảm bảo là hệ thống không có các file không thể chia sẻ.
Một tiến trình không bao giờ phải chờ tài nguyên có thể chia sẻ
Ví dụ: read-only files(vì file read only thì nhiều tiến trình truy xuất nó cũng không ảnh hưởng gì-nội dung file không thay đổi)
Một số tài nguyên là không thể chia sẻ
Ví dụ: chế độ toàn màn hình
b.Giữ và đợi cấp thêm tài nguyên – phải đảm bảo rằng mỗi khi một tiến trình yêu cầu một tài nguyên, nó không giữ bất kỳ tài nguyên nào khác.
Đòi hỏi tiến trình yêu cầu và được phân phối tất cả các tài nguyên của nó trước khi nó bắt đầu thực hiện, hoặc chỉ cho phép tiến trình yêu cầu các tài nguyên khi không có tài nguyên nào cả.
c.Không có ưu tiên_không đòi lại tài nguyên từ tiến trình đang giữ chúng_
Nếu một tiến trình đang giữ một số tài nguyên và yêu cầu tài nguyên khác mà không thể được phân phối ngay cho nó thì tất cả các tài nguyên nó đang giữ được giải phóng.
Các tài nguyên ưu tiên được thêm vào danh sách tài nguyên dành cho tiến trình đang chờ đợi.
Tiến trình sẽ được khởi động lại chỉ khi nó có thể lấy lại các tài nguyên cũ của nó cũng như các tài nguyên mới mà nó đang yêu cầu.
d.Chờ đợi vòng tròn – áp dụng một thứ tự tuyệt đối cho tất cả các loại tài nguyên: mỗi loại được gắn một số nguyên
Mỗi tiến trình yêu cầu các tài nguyên theo thứ tự tăng dần: chỉ có thể nhận được tài nguyên có trọng số cao hơn của bất kỳ tài nguyên nào nó đang giữ
Muốn có tài nguyên j, tiến trình phải giải phóng tất cả các tài nguyên có trọng số i > j (nếu có)

Trường hợp deadlock có thể phát sinh nếu bốn điều kiện sau xảy ra cùng một lúc trong hệ thống:

1) Không đòi lại tài nguyên từ quá trình đang giữ chúng: Các tài nguyên không thể bị đòi lại; nghĩa là, tài nguyên có thể được giải phóng chỉ tự ý bởi quá trình đang giữ nó, sau khi quá trình đó hoàn thành tác vụ.
2) Loại trừ hỗ tương: ít nhất một tài nguyên phải được giữ trong chế độ không chia sẻ; nghĩa là, chỉ một quá trình tại cùng một thời điểm có thể sử dụng tài nguyên. Nếu một quá trình khác yêu cầu tài nguyên đó, quá trình yêu cầu phải tạm dừng cho đến khi tài nguyên được giải phóng.

3) Giữ và chờ cấp thêm tài nguyên: quá trình phải đang giữ ít nhất một tài nguyên và đang chờ để nhận tài nguyên thêm mà hiện đang được giữ bởi quá trình khác.

4) Tồn tại chu trình trong đồ thị cấp phát tài nguyên: một tập hợp các quá trình {P0, P1,…,Pn} đang chờ mà trong đó P0 đang chờ một tài nguyên được giữ bởi P1, P1 đang chờ tài nguyên đang giữ bởi P2,…,Pn-1 đang chờ tài nguyên đang được giữ bởi quá trình P0.

Chúng ta nhấn mạnh rằng tất cả bốn điều kiện phải cùng phát sinh để deadlock xảy ra.

Tất cả hiện tượng tắc nghẽn đều bắt nguồn từ sự xung đột về tài nguyên của hai hoặc nhiều tiến trình đang hoạt động đồng thời trên hệ thống. Tài nguyên ở đây có thể là một ổ đĩa, một record trong cơ sở dữ liệu, hay một không gian địa chỉ trên bộ nhớ chính. Sau đây là một số ví dụ để minh hoạ cho điều trên.

Ví dụ 1: Giả sử có hai tiến trình P1 và P2 hoạt động đồng thời trong hệ thống. Tiến trình P1 đang giữ tài nguyên R1 và xin được cấp R2 để tiếp tục hoạt động, trong khi đó tiến trình P2 đang giữ tài nguyên R2 và xin được cấp R1 để tiếp tục hoạt động. Trong trường hợp này cả P1 và P2 sẽ không tiếp tục hoạt động được. Như vậy P1 và P2 rơi vào trạng thái tắc nghẽn. Ví dụ này có thể được minh hoạ bởi sơ đồ ở hình 2.

Tắc nghẽn thường xảy ra do xung đột về tài nguyên thuộc loại không phân chia được, một số ít trường hợp xảy ra với tài nguyên phân chia được. Ví dụ sau đây là trường hợp tắc nghẽn do xung đột về tài nguyên bộ nhớ, là tài nguyên thuộc loại phân chia được.

Ví dụ 2: Trong các ứng dụng cơ sở dữ liệu, một chương trình có thể khoá một vài record mà nó sử dụng, để dành quyền điều khiển về cho nó. Nếu tiến trình P1 khoá record R1, tiến trình P2 khoá record R2, và rồi sau đó mỗi tiến trình lại cố gắng khoá record của một tiến trình khác. Tắc nghẽn sẽ xảy ra.

Như vậy tắc nghẽn là hiện tượng: Trong hệ thống xuất hiện một tập các tiến trình, mà mỗi tiến trình trong tập này đều chờ được cấp tài nguyên, mà tài nguyên đó đang được một tiến trình trong tập này chiếm giữ. Và sự đợi này có thể kéo dài vô hạn nếu không có sự tác động từ bên ngoài.

Trong trường hợp của ví dụ 1 ở trên: hai tiến trình P1 và P2 sẽ rơi vào trạng thái tắc nghẽn, nếu không có sự can thiệp của hệ điều hành. Để phá bỏ tắc nghẽn này hệ điều hành có thể cho tạm dừng tiến trình P1 để thu hồi lại tài nguyên R1, lấy R1 cấp cho tiến trình P2 để P2 hoạt động và kết thúc, sau đó thu hồi cả R1 và R2 từ tiến trình P2 để cấp cho P1 và tái kích hoạt P1 để P1 hoạt động trở lại. Như vậy sau một khoảng thời gian cả P1 và P2 đều ra khỏi tình trạng tắc nghẽn.

Khi hệ thống xảy ra tắc nghẽn nếu hệ điều hành không kịp thời phá bỏ tắc nghẽn thì hệ thống có thể rơi vào tình trạng treo toàn bộ hệ thống. Như trong trường hợp tắc nghẽn ở ví dụ 1, nếu sau đó có tiến trình P3, đang giữ tài nguyên R3, cần R2 để tiếp tục thì P3 cũng sẽ rơi vào tập tiến trình bị tắc nghẽn, rồi sau đó nếu có tiến trình P4 cần tài nguyên R1 và R3 để tiếp tục thì P4 cũng rơi vào tập các tiến trình bị tắc nghẽn như P3, … cứ thế dần dần có thể dẫn đến một thời điểm tất cả các tiến trình trong hệ thống đều rơi vào tập tiến trình tắc nghẽn. Và như vậy hệ thống sẽ bị treo hoàn toàn.

1.Phát hiện và phục hồi từ deadlock:
Phát hiện deadlock:
Dùng các giải thuật phát hiện vòng chờ các process.
Do người quản trị hệ thống.
Phục hồi từ deadlock:
Kết thúc các process bị deadlock.
Kết thúc tất cả các process bị deadlock.
Lần lượt kết thúc các process bị deadlock cho đến khi hết deadlock.
Thông số chọn process để kết thúc:
Độ ưu tiên.
Thời gian đã thực thi.
Thời gian còn lại.
Số tài nguyên đã cấp phát.
Số tài nguyên đang chờ.
Lấy lại tài nguyên từ process.
Lần lượt lấy lại các tài nguyên đã cấp phát cho các process cho đến khi hết deadlock.
Phụ thuộc bản chất của tài nguyên.
Sử dụng công cụ của hệ điều hành.
Phục hồi các điểm kiểm tra.
Định kỳ tạo các điểm kiểm tra (checkpoint).
Lưu trạng thái hệ thống tại điểm kiểm tra.
Thực hiện lại (rollback) các process bị deadlock tại các điểm kiểm tra.
Lần lượt thực hiện lại các process bị deadlock tại các điểm kiểm tra cho đến khi hết deadlock.
2.Ngăn chặn deadlock:
Loại bỏ các điều kiện dẫn đến deadlock.
Các điều kiện xem như không thể loại bỏ:
Loại trừ tương hỗ.
Không lấy lại tài nguyên từ process.
Loại bỏ điều kiện loại trừ tương hỗ:
Giảm số tài nguyên tranh chấp.
Tăng số lượng tài nguyên.
Cấp phát tài nguyên dạng spool.
Vd: chỉ 1 printer daemon dùng máy in.
Các process gởi yêu cầu cho printer daemon.
Loại bỏ điều kiện giữ và chờ tài nguyên:
Nguyên tắc: process không được giữ tài nguyên khi yêu cầu tài nguyên mới.
Process khai báo tài nguyên và được cấp phát 1 lần.
Nếu process yêu cầu tài nguyên và không được cấp phát thì phải trả các tài nguyên đang giữ.
Loại bỏ điều kiện không lấy lại tài nguyên:
Lấy lại tài nguyên từ process.
Không thể với tài nguyên như máy in.
Loại bỏ vòng chờ các process:
Có thể quy định số thứ tự tài nguyên.
Process chỉ được yêu cầu tài nguyên theo thứ tự tăng.
Giả sử có deadlock:
P1 giữ Ri, chờ Rj -> i < j.
P2 giữ Rj, chờ Rj -> j < i.
3.Tránh deadlock:
Chấp nhận các điều kiện tạo deadlock.
Theo dõi và tránh dẫn đến deadlock.
Hai hướng giải quyết.
Không tạo process mới nếu có thể dẫn đến deadlock.:
Process cần khai báo số lượng tài nguyên cần sử dụng.
Không tạo process mới nếu số lượng tài nguyên hệ thống không đủ, có thể dẫn đến deadlock.
Không cấp phát thêm tài nguyên cho process:
Liên quan đến việc sử dụng tài nguyên trong tương lai của các process.
Định nghĩa trạng thái hệ thống với:
Vector E: tổng số các loại tài nguyên.
Vector A: số tài nguyên mỗi loại chưa dùng.
Ma trận C: số tài nguyên đã cấp phát cho các process.
Ma trận R: số lượng tài nguyên các process sẽ tiếp tục yêu cầu.