grupo 01-09
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE GUAYANA SISTEMAS OPERATIVO – SECCIÓN 01
CIUDAD GUAYANA – ESTADO BOLÍVAR
PROFESOR: ANDRÉS CANIUMILLA
ALUMNOS: BRICEÑO, KENDY C.I. 19.534.700 FLORES, LUÍS C.I. 17.113.654
CIUDAD GUAYANA, JULIO DE 2010
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INDICE
Interbloqueo……………………………………………………………………… 3 Recursos…………………………………………………………………………. 4
Recursos Reutilizables………………………………………………….. 4 Recursos Consumibles………………………………………………….. 4 Recursos Compartidos………………………………………………….. 4 Recursos con único ejemplar o con múltiples…………………...... 5 Recursos expropiables o no………………………………………….... 5
Ejemplos gráficos………………………………………………………………. 5 Grafo de asignación de recursos……………………………………………. 8 Condiciones para el interbloqueo…………………………………………… 10 Posibilidad del interbloqueo………………………………………………….. 11 Existencia del interbloqueo…………………………………………………… 12 Prevención del interbloqueo………………………………………………….. 18 Predicción del interbloqueo………………………………………………...... 22 Recuperación del interbloqueo………………………………………………. 28 Mecanismo para evitar el interbloqueo……………………………………... 31 Estados seguros e inseguros………………………………………………… 36
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INTERBLOQUEO (INANICIÓN Ó DEADLOCK)
Es el BLOQUEO permanente de un conjunto de procesos que compiten
por los recursos del sistema o bien se comunican entre ellos.
La inanición es un problema relacionado con los sistemas de multitarea,
donde a un proceso se le deniega siempre el acceso a los recursos
compartido. Donde sin estos recursos no se puede finalizar la instrucción.
La inanición es una situación similar al interbloqueo, pero las causas
son diferentes. En el interbloqueo, dos procesos o dos hilos de ejecución
llegan a un punto muerto cuando cada uno de ellos necesita un recurso que
es ocupado por el otro. En cambio, en este caso, uno o más procesos están
esperando recursos ocupados por otros procesos que no se encuentran
necesariamente en ningún punto muerto.
El interbloqueo se puede referenciar de la siguiente manera:
RECURSOS
En un sistema informático donde interviene el interbloqueo se puede
prsentar diferentes recursos de acuerdo a los siguientes aspectos:
1.- Existes recursos después que un proceso las usas, que serían los
recursos reutilizables, o aquellos que desaparecen una vez utilizado.
2.- Asimismo, existen procesos que pueden compartir el uso de los
recursos usándolos de modo especial.
3.- De la misma forma hay ejemplar de cada recurso o múltiples, e
igualmente existe la posibilidad de expropiar el recurso que lo esta
utilizando.
DEADLOCK ABRAZO MORTAL
BLOQUEO MUTUO
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- RECURSOS REUTILIZABLES: también llamados reutilizables, estos se
llaman así ya que en el momento en que un proceso los use, puede
quedar disponible para que otro proceso lo utilice, por lo que no hace
tomar en cuenta que la vida del recurso es independiente de su
utilización, es decir: - Puede ser que exista desde el principio (en el caso de que sea
un recurso físico). - De la misma forma puede ser que ya esté creado y se destruya
explícitamente (ejemplo de ello puede ser un fichero).
- RECURSOS CONSUMIBLES: estos recursos se caracterizan por dejar
de existir una vez que se utilicen, es decir, un proceso genera o produce
el recurso y el otro lo utiliza consumiéndolo. Dentro de esta categoría
podemos mencionar lo siguiente:
- En esto se encuentran básicamente los recursos lógicos
relacionados con la comunicación y sincronización de procesos.
- Como ejemplo de ello podemos considerar los mensajes, las
señales, o los semáforos.
- RECURSOS COMPARTIDOS: Se ha estado suponiendo que cuando un
proceso está usando los recursos, de esta forma ningún otro lo puede
utilizar. Sin embargo esto no es para todos los recursos, es decir,
algunos recursos pueden ser usados simultáneamente por varios
procesos. Como ejemplo de los recursos compartidos podemos
encontrar:
- Los ficheros pueden ser accedidos simultáneamente en varios
procesos.
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- RECURSOS CON UNICO EJEMPLAR O CON MULTIPLES: se puede
considerar que cada recurso es un es una entidad única. Pero en un
sistema pueden existir múltiples ejemplares de un determinado recurso.
Ejemplo de ello, podemos nombrar: - Un sistema compuesto por cinco impresoras, cuando un
proceso solicita una impresora, se le podría asignar cualquier
unidad que esté disponible.
- RECURSOS EXPROPIABLES O NO: igualmente se podemos encontrar
como estrategia para el tratamiento de los interbloqueo, es la revocación
de algún recurso que se le asigna a un determinado proceso, mientra
este está haciendo uso de él, se le pueda otorgar a otro proceso.
EJEMPLO GRÁFICOS.
EJEMPLO 1: Este ejemplo gráfico nos muestra de que forma, en cualquier
sistema nos muestra como los procesos esperan que se le asigne un
recurso, la programación de un sistema puede postergarse
indefinidamente mientras otro recibe la atención del sistema.
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EJEMPLO 2: En la ilustración siguiente, la transacción T1 tiene una
dependencia de la transacción T2 para el recurso de bloqueo de la tabla
Part. Paralelamente, la transacción T2 tiene una dependencia de la
transacción T1 para el recurso de bloqueo de la tabla Supplier. Puesto que
estas dependencias forman un ciclo, hay un interbloqueo entre las
transacciones T1 y T2.
Los interbloqueos también se pueden producir cuando se crean
particiones en una tabla y el valor de LOCK_ESCALATION en ALTER
TABLE se fija en AUTO. Cuando el valor de LOCK_ESCALATION es
AUTO, la simultaneidad aumenta permitiendo a Database Engine (Motor de
base de datos) bloquear las particiones de la tabla en el nivel HoBT en lugar
de en el nivel TABLE. Sin embargo, cuando transacciones independientes
mantienen bloqueos de partición en una tabla y desean un bloqueo en algún
punto de la partición de otras transacciones, se produce un interbloqueo.
Este tipo de interbloqueo se puede evitar asignando a LOCK_ESCALATION
el valor TABLE; aunque este valor reducirá la simultaneidad obligando a las
grandes actualizaciones de las particiones a esperar a que se produzca un
bloqueo de la tabla.
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EJEMPLO 3: En la ilustración siguiente, nos muestra una grafica de
asignación y petición de recursos.
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GRAFO DE ASIGNACIÓN DE RECURSOS
Los interbloqueos pueden describirse utilizando un grafo dirigido y bipartito
G(N,A).
El cual consta de un conjunto de N nodos (vértices) y E arcos.
• 2 tipos de nodos
• 2 tipos de arcos
• Arco de solicitud. Es un arco que parte de un proceso Pi hacia un
tipo de recurso Rj y se representa por Pi → Rj (o (Pi, Rj)). Significa que
el proceso Pi solicitó una instancia del recurso Rj y se encuentra
esperándolo.
• Arco de asignación. Es un arco que sale de un tipo de recurso Rj y
se dirige a un proceso Pi (representado por Rj → Pi o (Rj, Pi)).
Significa que se ha asignado un ejemplar del tipo de recurso Rj al
proceso Pi.
En cuanto a su implementación gráfica, se debe considerar:
- Cada proceso con un círculo y cada tipo de recurso con un rectángulo.
- Si de algún tipo de recurso existe más de un ejemplar, se representa
cada uno con un punto dentro del rectángulo.
- Un arco de solicitud parte entonces de un círculo y apunta a un
rectángulo.
Procesos.
Recursos
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- Un arco de asignación parte desde un punto dentro del rectángulo y
señala hacia un círculo.
Operación
Efecto en el grafo
Pi solicita un ejemplar del tipo Rj
Se inserta un arco de solicitud Pi → Rj
Una instancia del recurso Rj se asigna al proceso Pi
El arco de solicitud Pi → Rj se transforma instantáneamente en arco de asignación Rj → Pi
El proceso Pi libera el recurso Rj
Se elimina el arco de asignación Rj → Pi
Grafo de Asignación de Recursos
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CONDICIONES PARA EL INTERBLOQUEO
En la política del sistema operativo, deben darse tres condiciones para
que pueda producirse un interbloqueo:
1.- Condición de exclusión mutua: Cada recurso esta asignado a un
único proceso o esta disponible.
2.- Condición de posesión y espera: Los procesos que tienen, en un
momento dado, recursos asignados con anterioridad, pueden solicitar
nuevos recursos.
3.- Condición de no apropiación: Los recursos otorgados con
anterioridad no pueden ser forzados a dejar un proceso. El proceso
que los posee debe liberarlos en forma explicita.
En la mayoría de los casos, estas condiciones son bastantes
necesarias. La exclusión mutua hace falta para asegurar la consistencia de
resultados y la integridad de la base de datos. De forma similar, la
apropiación no se puede aplicar arbitrariamente y, cuando se encuentran
involucrados recursos de datos, debe estar acompañada de un mecanismo
de recuperación y reanulación, que devuelva un proceso y sus recursos a
un estado previo adecuado, desde el que el proceso puede finalmente
repetir sus acciones.
Puede no existir interbloqueo con solo estas tres condiciones. Para que
se produzca interbloqueo, se necesita una cuarta condición:
4.- La condición de espera circular (o círculo vicioso de espera):
Debe existir una cadena circular de dos o más procesos, cada uno
de los cuales espera un recurso poseído por el siguiente miembro de
la cadena.
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Las tres primeras condiciones son necesarias, pero no suficientes,
para que exista interbloqueo. La cuarta condición es, en realidad, una
consecuencia potencial de las tres primeras. Es decir, dado que se
producen las tres primeras condiciones, puede ocurrir una secuencia de
eventos que desemboque en un círculo vicioso de espera irresoluble. El
círculo de espera de la condición 4 es irresoluble porque se mantienen las
tres primeras condiciones. Las cuatro condiciones en conjunto constituyen
una condición necesaria y suficiente para el interbloqueo.
POSIBILIDAD DE INTERBLOQUEO Existen diversas posibilidades al momento de darse un interbloqueo, dentro
de éstas encontrándose:
Posibilidad 1: El proceso solicita todos los recursos necesarios antes de comenzar su
ejecución.
- Pobre utilización de los recursos.
- Reducción del nivel de concurrencia.
Posibilidad 2: El proceso solicita los recursos de forma incremental a lo largo de su
ejecución, pero libera todos los recursos retenidos si se encuentra con una
negativa.
- Menos exigente - Los cambios hechos sobre la memoria o sobre ficheros pueden
corromper el sistema si no se llevan a término.
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- Pueden conducir a la postergación indefinida (o inanición) de algunos
procesos que solicitan recursos muy utilizados.
EXISTENCIA DEL INTERBLOQUEO
El S. O. realiza lo siguiente:
• Intenta detectar cuando han ocurrido.
• Acciona para recuperarse después del hecho.
La detección del bloqueo es el proceso de:
• Determinar si de hecho existe o no un bloqueo.
• Identificar cuáles son los procesos y recursos implicados en el
bloqueo.
Los algoritmos de detección de bloqueos implican cierta sobrecarga en
tiempo de ejecución.
EXISTENCIA de interbloqueos de Forma “Un Recurso de Cada Tipo”
No se dispone de más de un objeto de cada clase de recurso.
Si la gráfica de recursos contuviera uno o más ciclos, existiría un bloqueo.
Cualquier proceso que forme parte de un ciclo está bloqueado; si no existen
ciclos, el sistema no está bloqueado.
Ejemplo: sistema con 7 (siete) procesos (“A” a “G”) y 6 (seis) recursos (“R” a
“W”):
• La posesión de los recursos es la siguiente:
• El proceso A posee a R y desea a S.
• El proceso B no posee recurso alguno y desea a T.
• El proceso C no posee recurso alguno y desea a S.
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• El proceso D posee a U y desea a S y a T.
• El proceso E posee a T y desea a V.
• El proceso F posee a W y desea a S.
• El proceso G posee a V y desea a U.
• La pregunta es: ¿está bloqueado este sistema y, en tal caso, cuáles son
los procesos bloqueados?
• La respuesta se obtiene mediante la gráfica de recursos: si la gráfica
presenta un ciclo significa procesos bloqueados.
Se hace necesario un algoritmo formal para la detección de bloqueos que se
pueda utilizar en los sistemas reales.
Ejemplo de algoritmo aplicable a cada nodo “N” de la gráfica:
1. Se considera a “N” como nodo inicial.
2. Se inicializan:
• La estructura de datos “L” como una lista vacía.
• Todos los arcos como no marcados.
3. Se añade el nodo activo al final de “L” y se verifica si el nodo aparece en
“L” dos veces:
• Si aparece dos veces existe un ciclo y el algoritmo termina.
4. Desde el nodo dado se verifica si existen arcos que salgan de dicho
nodo y no estén marcados:
• En caso afirmativo se va al paso 5.
• En caso negativo se va al paso 6.
5. Se elige al azar un arco de salida no marcado y se le marca:
• Luego se sigue este arco hasta el nuevo nodo activo y se regresa
al paso 3.
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6. Se ha llegado a un punto donde no se puede continuar:
• Se regresa al nodo anterior, es decir al que estaba activo antes
del actual.
• Se señala de nuevo como nodo activo.
• Se pasa al paso 3.
• Si este nodo era el nodo inicial, la gráfica no contiene ciclos y el
algoritmo termina.
La aplicación del algoritmo precedente al ejemplo anterior de gráfica dirigida es
la siguiente:
• Se parte de “R” y se inicializa “L” como la lista vacía.
• Se añade “R” a la lista y se mueve a la única posibilidad, “A”.
• Se añade “A” a la lista: L=[R,A].
• Se pasa de “A” a “S”, quedando L=[R,A,S].
• “S” no tiene arcos que salgan de él, por lo que no se puede continuar y
se regresa a “A”.
• Ya que “A” no tiene arcos de salida no marcados se regresa a “R”,
finalizando la inspección de “R”.
• Se inicia nuevamente el algoritmo partiendo de “A”, siendo “L” otra vez la
lista vacía.
• La búsqueda termina rápidamente y se parte de “B”.
• De “B” se siguen los arcos de salida hasta llegar a “D”, siendo
L=[B,T,E,V,G,U,D].
• Se efectúa una elección al azar.
• Si se elige “S” llegamos a un punto sin salida y debemos regresar a “D”.
• La segunda vez se elige “T” quedando L=[B,T,E,V,G,U,D,T] :
• Se ha descubierto un ciclo y el algoritmo se detiene.
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Existencia de Bloqueos de Forma “Varios Recursos de Cada Tipo”
Se considera un algoritmo basado en matrices para la detección de un bloqueo
entre “n” procesos, “P1” hasta “Pn”.
Se considera “m” el número de clases de recursos con:
• E1 recursos de la clase 1.
• E2 recursos de la clase 2.
• Ei recursos de la clase “i” (1 menor o igual que “i” menor o igual que
“m”).
• “E” es el vector de recursos existentes.
En todo momento algunos de los recursos están asignados y por lo tanto no
están disponibles.
Se considera un vector “A” de recursos disponibles:
• “Ai” indica el número de instancias disponibles del recurso “i ” ; se
refiere a recursos no asignados.
Se utilizan:
• La matriz “C” de la asignación actual.
• La matriz “R” de solicitudes.
El renglón i -ésimo de “C” indica el número de instancias de cada clase “Pi”
poseídas en ese momento.
“Cij ” es el número de instancias del recurso“ j” deseadas por “Pi”.
Cada recurso está asignado o disponible, es decir que la suma de las
instancias del recurso “j ” asignadas y el número de instancias disponibles es el
número de instancias existentes de esa clase de recurso.
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El algoritmo de detección de bloqueos se basa en la comparación de vectores:
• Definimos que “A” es menor o igual que “B” si y solo si “Ai”es menor
o igual que “Bi” para “i” entre “0” y “m”, ambos inclusive.
Los procesos no están marcados al principio.
Al avanzar el algoritmo los procesos se marcarán:
• Esto indica que pueden terminar su labor, ya que no están
bloqueados.
• Al concluir el algoritmo se sabe que los procesos no marcados
estarán bloqueados.
Los pasos básicos del algoritmo de detección de bloqueos son los siguientes:
1. Se busca un proceso no marcado “Pi” , para el cual el i -ésimo
renglón de “R” sea menor que “A”.
2. Si se encuentra tal proceso, se suma el i -ésimo renglón de “C” a
“A”, se marca el proceso y se regresa al paso 1.
3. Si no existe tal proceso, el algoritmo termina.
En el ejemplo tenemos 3 procesos y 4 clases de recursos).
El proceso 1 tiene 1 impresora.
El proceso 2 tiene 2 unidades de cinta y 1 unidad de CD rom.
El proceso 3 tiene 1 plotter y 2 impresoras.
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La matriz “R” indica las necesidades de recursos adicionales.
El algoritmo de detección de bloqueos busca un proceso cuya solicitud de un
recurso pueda ser satisfecha:
• El proceso 1 no se puede satisfacer por no disponer de una unidad
de cd rom.
• El proceso 2 no se puede satisfacer por no disponer de una
impresora.
• El proceso 3 sí se puede satisfacer, por lo que se ejecuta,
regresando en cierto momento sus recursos, lo que resulta en: A =
(2 2 2 0).
Se ejecuta el proceso 2, el cual regresa sus recursos, obteniéndose: A = (4 2 2
1).
Se ejecuta el proceso restante: no existe bloqueo en el sistema.
Si se considera la siguiente variante:
• El proceso 2 necesita 1 unidad de CD ROM, las 2 unidades de cinta
y el plotter.
• No se pueden satisfacer las 3 solicitudes y todo el sistema se
bloquea.
Cuándo Buscar los Bloqueos
Una posibilidad es cada vez que se solicita un recurso, pero esto podría
sobrecargar al sistema.
Otra posibilidad es verificar cada k minutos.
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Otro criterio es verificar cuando el uso de la CPU baje de cierto valor fijo:
• Si se bloquean suficientes procesos:
• Existirán pocos procesos en ejecución.
• La CPU estará inactiva con más frecuencia.
PREVENCIÓN DEL INTERBLOQUEO
Si se puede garantizar que al menos una de las cuatro condiciones de
Coffman para el bloqueo nunca se satisface, entonces los bloqueos serán
imposibles por razones estructurales (enunciado de Havender).
Havender sugirió las siguientes estrategias para evitar varias de las
condiciones de bloqueo:
• Cada proceso:
• Deberá pedir todos sus recursos requeridos de una sola vez.
• No podrá proceder hasta que le hayan sido asignados.
• Si a un proceso que mantiene ciertos recursos se le niega
una nueva petición, este proceso deberá:
• Liberar sus recursos originales.
• En caso necesario, pedirlos de nuevo junto con los recursos
adicionales.
• Se impondrá la ordenación lineal de los tipos de recursos en
todos los procesos:
• Si a un proceso le han sido asignados recursos de un tipo
dado, en lo sucesivo solo podrá pedir aquellos recursos de
los tipos que siguen en el ordenamiento.
Havender no presenta una estrategia contra el uso exclusivo de recursos
por parte de los procesos, pues se desea permitir el uso de recursos
dedicados.
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Prevención de la Condición de Exclusión Mutua
Si ningún recurso se asignara de manera exclusiva a un solo proceso,
nunca tendríamos bloqueos, pero esto es imposible de aplicar, en especial
en relación a ciertos tipos de recursos, que en un momento dado no pueden
ser compartidos (ej.: impresoras).
Se debe:
• Evitar la asignación de un recurso cuando no sea
absolutamente necesario.
• Intentar asegurarse de que los menos procesos posibles
puedan pedir el recurso.
Prevención de la Condición “detenerse y esperar” o “espera por”
Si se puede evitar que los procesos que conservan recursos esperen
más recursos, se pueden eliminar los bloqueos.
Una forma es exigir a todos los procesos que soliciten todos los recursos
antes de iniciar su ejecución; si un proceso no puede disponer de todos los
recursos, deberá esperar, pero sin retener recursos afectados.
Un problema es que muchos procesos no saben el número de recursos
necesarios hasta iniciar su ejecución.
Otro problema es que puede significar desperdicio de recursos, dado
que todos los recursos necesarios para un proceso están afectados al
mismo desde su inicio hasta su finalización.
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Otro criterio aplicable consiste en:
• Exigir a un proceso que solicita un recurso que libere en
forma temporal los demás recursos que mantiene en ese
momento.
• Hacer que el proceso intente luego recuperar todo al mismo
tiempo.
Prevención de la Condición de “no apropiación”
Una de las estrategias de Havender requiere que cuando a un proceso
que mantiene recursos le es negada una petición de recursos adicionales;
deberá liberar sus recursos y si es necesario pedirlos de nuevo junto con los
recursos adicionales.
La implementación de esta estrategia niega la condición de “no
apropiación” y los recursos pueden ser retirados de los procesos que los
retienen antes de la terminación de los procesos.
El problema consiste en que el retiro de ciertos recursos de un proceso
puede significar:
• La pérdida del trabajo efectuado hasta ese punto.
• La necesidad de repetirlo luego.
Una consecuencia seria es la posible postergación indefinida de un
proceso.
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Prevención de la Condición de “espera circular”
Una forma es que un proceso solo está autorizado a utilizar un recurso en
cada momento:
• Si necesita otros recursos, debe liberar el primero.
• Esto resulta inaceptable para muchos procesos.
Otra forma es la siguiente:
• Todos los recursos se numeran globalmente.
• Los procesos pueden solicitar los recursos en cualquier
momento:
• Las solicitudes se deben hacer según un cierto orden numérico
(creciente) de recurso; debido a lo cual la gráfica de asignación
de recursos no tendrá ciclos.
• En cada instante uno de los recursos asignados tendrá el
número más grande:
• El proceso que lo posea no pedirá un recurso ya asignado.
• El proceso terminará o solicitará recursos con números mayores
, que estarán disponibles:
• Al concluir liberará sus recursos.
• Otro proceso tendrá el recurso con el número mayor y
también podrá terminar.
• Todos los procesos podrán terminar y no habrá bloqueo.
Una variante consiste en eliminar el requisito de adquisición de
recursos en orden creciente:
• Ningún proceso debe solicitar un recurso con número menor al
que posee en el momento.
El problema es que en casos reales podría resultar imposible
encontrar un orden que satisfaga a todos los procesos.
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PREDICCIÓN DEL INTERBLOQUEO
Una forma de resolver el problema del interbloqueo, que se diferencia
sutilmente de la prevención, es la predicción del interbloqueo. En la
prevención de interbloqueo, se obligaba a las solicitudes de recursos a
impedir que sucediera, por lo menos, alguna de las cuatro condiciones de
interbloqueo. Esto se hace indirectamente, impidiendo la aparición de una
de las tres condiciones necesarias (exclusión mutua, retención y espera, no
apropiación) o directamente, impidiendo la aparición de un circulo viciosos
de espera. Se llega así a un uso ineficiente de los recursos y una ejecución
ineficiente de los procesos. Con predicción del interbloqueo, por otro lado,
se pueden alcanzar las tres condiciones necesarias, pero se realizan
elecciones acertadas para asegurar que nunca se llega al punto de
interbloqueo. La predicción, por lo tanto, permite más concurrencia que la
prevención.
Con predicción del interbloqueo, se decide dinámicamente si la petición
actual de asignación de un recurso podría, de concederse, llevar
potencialmente a un interbloqueo. La predicción del interbloqueo necesita,
por lo tanto, conocer las peticiones futuras de recursos.
Demanda indica las exigencias máximas de recursos para cada proceso,
con una fila para cada uno. Es decir, Cij = demanda del recurso j por parte
del proceso i. Esta información debe declararse por adelantado para que
funcione la predicción de interbloqueo. De forma similar, Aij = asignación del
recurso j al proceso i. Se puede ver que se cumplen las siguientes
relaciones:
1. Para todo i, Ri = Di + Σ Aki : todos los recursos están asignados o
disponibles.
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2. Para todo k e i, Cki <= Ri: ningún proceso puede demandar más
recursos que la cantidad total de recursos del sistema
Para todo k e i, Aki <= Cki: ningún proceso tiene asignados más
recursos de cualquier tipo que los que ha declarado necesitar.
Con estas tres cantidades, se puede definir una política de predicción del
interbloqueo que rechace iniciar un nuevo proceso si sus exigencias de
recursos pueden conducir a un interbloqueo. Un nuevo proceso Pn+1
comenzará sólo si:
Ri >= C(n+1)i + Σ Cki, para todo i
Es decir, un proceso comenzará sólo si puede servirse la demanda
máxima de todos los procesos actuales más la del nuevo proceso. Esta
estrategia es poco óptima, puesto que asume el caso peor: que todos los
procesos expresen su demanda máxima a la vez.
Negativa de asignación de recursos
La estrategia de negar la asignación de recursos, denominada
algoritmo del banquero, fue propuesta por primera vez por Dijkstra, que
usó este nombre por la analogía de este problema con el de un banco
cuando los clientes quieren obtener dinero prestado. Los clientes sería los
procesos y el dinero a prestar, los recursos. Si se enuncia de esta manera,
el banco tiene una reserva limitada de dinero para prestar y un conjunto de
clientes con líneas de crédito. Un cliente puede elegir pedir dinero a cargo
de la línea de crédito en un instante dado y no hay garantía de que el cliente
realice ninguna reposición hasta después de sacar la cantidad máxima. El
banquero puede rechazar un préstamo a un cliente si hay riesgo de que el
banco no tenga fondos suficientes para hacer préstamos futuros que los
clientes finalmente repondrán.
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ALGORITMO DEL BANQUERO
Sea Solicitudi el vector de solicitudes para el proceso Pi. Pi efectúa
una solicitud de recursos y el asignador de recursos toma las siguientes
acciones:
1 Si Solicitudi ≤ Necesidadi, continuar con el paso 2. De lo contrario,
devolver error, puesto que el proceso se ha excedido de su demanda
máxima.
2 Si Solicitudi ≤ Disponible, continuar en el paso 3. De lo contrario, Pi
deberá esperar, pues los recursos no están disponibles.
3 El sistema calcula el nuevo estado de asignación. Es decir,
Disponible := Disponible - Solicitudi
Asignacióni := Asignacióni + Solicitudi
Necesidadi := Necesidadi – Solicitudi
4 Analizar la seguridad del nuevo estado (algoritmo de seguridad). Si el
estado resultante es seguro, se confirma la transacción y los recursos son
definitivamente asignados a Pi. Si el nuevo estado no es seguro, se
restablece el estado anterior y Pi deberá esperar para obtener los recursos
solicitados.
Cuando un recurso es liberado, el asignador de recursos actualiza la
estructura de datos Disponible y reconsidera las peticiones pendientes, de
ese tipo de recurso.
Para empezar se definen los conceptos de estado y de estado seguro.
Considérese un sistema con un número fijo de procesos. Así pues, el
estado estará formado por los dos vectores, Recursos y Disponible, y las
dos matrices, Demanda y Asignación, definidas anteriormente. Un estado
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seguro es un estado en el cual existe al menos una secuencia que no lleva
al interbloqueo ( es decir, todos los procesos pueden ejecutarse hasta el
final). Un estado inseguro es, naturalmente, un estado que no es seguro.
El algoritmo del banquero usa una tabla de recursos para saber
cuántos recursos tiene de todo tipo. También requiere que los procesos
informen del máximo de recursos que va a usar de cada tipo. Cuando un
proceso pide un recurso, el algoritmo verifica si asignándole ese recurso
todavía le quedan otros del mismo tipo para que alguno de los procesos en
el sistema todavía se le pueda dar hasta su máximo. Si la respuesta es
afirmativa, el sistema se dice que está en 'estado seguro' y se otorga el
recurso. Si la respuesta es negativa, se dice que el sistema está en estado
inseguro y se hace esperar a ese proceso.
Los algoritmos siguientes muestran una versión abstracta de la logica de
predicción del interbloqueo. Con el estado del sistema definido por la
estructura de datos estado, solicitud [*] es un vector que define los recursos
pedidos por el proceso i. En primer lugar, se hace una comprobación para
asegurar que la solicitud no excede la demanda inicial del proceso. Si la
solicitud es válida, el paso siguiente es determinar si es posible satisfacer la
solicitud, esto es, si hay suficientes recursos disponibles. Si no es posible, el
proceso se suspende. Si es posible, el paso final es determinar si es seguro
satisfacer la solicitud. Para hacer esto, se prueba a asignar los recursos al
proceso i desde nuevo_estado. Después, se realiza un test d seguridad
usando el algoritmo del banquero.
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Estructura de datos globales
struct estado
{
int recursos [m];
int disponible [m];
int demada [n] [m];
int asignación [n] [m];
}
Algoritmo de asignación de recursos
if (asignación[i, ] + solicitud [*] > demanda [I, *])
{
< error >; /*-- solicitud total > demanda */
}
else if (solicitud [*] > disponible [*])
{
< suspender proceso > ;
}
else /*-- simular asignación */
{
< definir nuevo_estado como:
asignación[i, ] = asignación[i, ] + solicitud [*]:
disponible [*] = disponible [*] – solicitud [*] >;
}
if (seguro (nuevo_estado))
{
< realizar asignación >;
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}
else
{
< restaurar estado original >;
< suspender proceso >;
}
Algoritmo de comprobación de estado seguro (algoritmo del banquero)
booleano seguro (estado S)
{
int disponible_actual [m];
proceso resto [< número de procesos >];
disponible_actual = disponible;
resto = {todos los procesos};
posible = true;
while (posible)
{
encontrar un PK en resto tal que
demanda [k, *] – asignación [k, *] < = disponible_actual;
if (encontrado) /*-- simular ejecución de P */
{
disponible_actual = dispible_actual + asignación [k, *];
resto = resto – {PK};
}
else
posible = falso;
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}
seguro (resto = = null);
}
La predicción del interbloqueo tiene la ventaja de que no es necesario
expulsar y hacer retroceder procesos, como en la detección del
interbloqueo, y es menos restrictiva que la prevención. Sin embargo, su uso
supone una serie de restricciones como las siguientes:
- Se debe presentar la máxima demanda de recursos por anticipado.
- Los procesos a considerar deben ser independientes, es decir, que el
orden en que se ejecuten no debe estar forzado por condiciones de
sincronización.
- Debe haber un número fijo de recursos a repartir y un número fijo de
procesos.
- Los procesos no pueden finalizar mientras retengan recursos.
RECUPERACIÓN DEL INTERBLOQUEO
Para romper el bloqueo de un sistema hay que anular una o más de las
condiciones necesarias para el bloque.
Normalmente, varios procesos perderán algo o todo lo realizado hasta el
momento.
Los principales factores que dificultan la recuperación del bloqueo son los
siguientes:
• Puede no estar claro si el sistema se ha bloqueado o no.
• Muchos sistemas tienen limitaciones para suspender un proceso
por tiempo indefinido y reanudarlo más tarde:
o Ej.: Los procesos de tiempo real, que deben funcionar
continuamente, no son fáciles de suspender y reanudar.
• Los procedimientos de suspensión / reanudación implican una
sobrecarga considerable.
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• La sobrecarga de recuperación está en función de la magnitud del
bloqueo (algunos, decenas o centenas de procesos involucrados).
Generalmente la recuperación suele realizarse:
• Retirando forzosamente (cancelando) a un proceso.
• Reclamando sus recursos.
• Permitiendo que los procesos restantes puedan finalizar.
Los procesos pueden ser retirados (cancelados) de acuerdo a un orden de
prioridades, existiendo las siguientes dificultades:
• Pueden no existir las prioridades de los procesos bloqueados.
• Las prioridades instantáneas (en un momento dado), pueden ser
incorrectas o confusas debido a consideraciones especiales, por
ej.: procesos de baja prioridad que tienen prioridad alta
momentáneamente debido a un tiempo tope inminente.
• La decisión óptima puede requerir un gran esfuerzo.
Algunas formas de recuperación ante bloqueos son:
• Recuperación mediante la apropiación.
• Recuperación mediante rollback.
• Recuperación mediante la eliminación de procesos.
Recuperación Mediante la Apropiación
En ciertos casos podría ser posible tomar un recurso temporalmente de su
poseedor y dárselo a otro proceso, por ej.:
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• Retirar una impresora de un proceso para dedicarla a otro proceso.
• Retomar luego el primer proceso reasignándola al mismo.
La recuperación de recursos de esta forma depende en gran
medida de la naturaleza del recurso.
La elección del proceso a suspender depende mucho:
• De cuáles procesos poseen recursos que pueden ser tomados con
facilidad.
• De las posibilidades de recuperación luego de la apropiación.
Recuperación Mediante Rollback
En los S. O. donde es posible que ocurran bloqueos se puede hacer que los
procesos sean verificados periódicamente:
• Su estado se graba en un archivo de modo que pueda volver a
iniciar más tarde.
• El punto de verificación o de control contiene:
o La imagen de la memoria.
o El estado de los recursos, es decir, el detalle de los recursos
asignados al proceso en ese instante.
• Los puntos de verificación grabados durante un proceso se
mantienen sin ser regrabados.
Al detectarse un bloqueo es fácil ver cuáles son los recursos necesarios.
Para la recuperación, un proceso que posee un recurso necesario regresa
hasta cierto instante en el tiempo anterior a la adquisición:
• Inicializa alguno de sus anteriores puntos de verificación.
• El proceso regresa a un momento anterior en el que no poseía el
recurso.
• El recurso se asigna ahora a uno de los procesos bloqueados.
• Si el proceso que volvió a iniciar intenta adquirir de nuevo el
recurso, tendrá que esperar hasta que esté disponible.
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Recuperación Mediante la Eliminación de Procesos
• Es la forma más sencilla de romper un bloqueo.
• Una posibilidad es eliminar un proceso del ciclo: si el bloqueo no se
rompe, se puede intentar con otro proceso del ciclo, hasta romper
dicho ciclo.
• Otra posibilidad es eliminar un proceso que no esté en el ciclo, para
poder liberar sus recursos: debe elegirse un proceso que posea
recursos necesarios por algún proceso del ciclo.
• Siempre que sea posible, es mejor eliminar un proceso que pueda
volver a iniciar su ejecución sin efectos dañinos:
o Es preferible eliminar un proceso de compilación que un proceso
de actualización de una base de datos:
La compilación se puede repetir sin problemas.
La actualización de una base de datos no siempre se puede repetir
directamente.
MECANISMO PARA EVITAR EL INTERBLOQUEO
En este análisis se supone implícitamente que si un proceso solicita recursos,
los solicita todos al mismo tiempo:
• En la mayoría de los sistemas los recursos se solicitan uno a la vez.
• El S. O. debe poder:
o Decidir si el otorgamiento de un recurso es seguro o no.
o Asignarlo solo en caso de que sea seguro.
El objetivo es evitar el bloqueo haciendo la elección correcta todo el tiempo,
pero para evitar los bloqueos se requiere de cierta información de antemano.
Trayectorias de Recursos
Los principales algoritmos para evitar los bloqueos se basan en el concepto de
estados seguros:
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El ejemplo de modelo gráfico utilizado indica lo siguiente:
• Es válido para dos procesos y dos recursos.
• El eje horizontal representa el número de instrucciones ejecutadas por el
proceso “A”.
• El eje vertical representa el número de instrucciones ejecutadas por el
proceso “B”.
• En “I1”; “A” solicita una impresora y en “I 2” necesita un plotter.
• En “I 3” e “I 4” se liberan la impresora y el plotter.
• El proceso “B” necesita el plotter desde “I5” hasta “I7” y la impresora
desde “I6” hasta “I8”.
• Cada punto del diagrama representa un estado conjunto de los dos
procesos.
• El estado inicial es “p”, sin que los procesos hayan ejecutado instrucción
alguna.
• Si el planificador del S. O. elige “A” se pasa a “q”, en donde “A” ha
ejecutado instrucciones pero no “B”.
• En “q” la trayectoria se vuelve vertical, ya que el planificador ha elegido
ejecutar “B”.
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• Con un monoprocesador todas las trayectorias serán horizontales o
verticales (no diagonales).
• Cuando “A” cruza la línea “I1” en la trayectoria de “r” a “s”, solicita y se le
otorga la impresora.
• Cuando “B” alcanza el punto “t”, solicita el plotter.
• La región delimitada por “I 1”, “I 3”, “I6” e “I 8” representa que ambos
procesos poseen la impresora, pero esto es imposible y la regla de
exclusión mutua impide la entrada a esta región.
• La región delimitada por “I 2”, “I 4”, “I 5” e “I 7” representa que ambos
procesos poseen el plotter, lo que es imposible.
• Si el sistema ingresara a la región delimitada por “I 1”, “I 2”, “I 5” e “I 6”
se bloqueará en la intersección de “I 2” e “I 6”:
o Acá, “A” solicita el plotter y “B” la impresora, que ya están
asignados.
o Toda la región no es segura y no hay que entrar a ella:
En “t”, lo único seguro es ejecutar “A” hasta llegar a “I 4”.
Luego se puede utilizar cualquier trayectoria hasta “u”.
• En “t”, “B” solicita un recurso:
o El S. O. debe decidir si lo otorga o no.
o Si lo otorga, el sistema entrará a una región insegura y se
bloqueará en algún momento.
o Para evitar el bloqueo, hay que suspender a “B” hasta que “A”
haya solicitado y liberado el plotter.
El Algoritmo del Banquero (de Dijkstra) Para Solo Un Recurso
Es un algoritmo de planificación que puede evitar los bloqueos
En la analogía:
• Los clientes son los procesos, las unidades de crédito son los recursos
del sistema y el banquero es el S. O.
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• El banquero sabe que no todos los clientes necesitaran su crédito
máximo otorgado en forma inmediata, por ello reserva menos unidades
(recursos) de las totales necesarias para dar servicio a los clientes.
Un estado inseguro no tiene que llevar a un bloqueo.
El algoritmo del banquero consiste en:
• Estudiar cada solicitud al ocurrir ésta.
• Ver si su otorgamiento conduce a un estado seguro:
o En caso positivo, se otorga la solicitud.
o En caso negativo, se la pospone.
• Para ver si un estado es seguro:
o Verifica si tiene los recursos suficientes para satisfacer a otro
cliente:
En caso afirmativo, se supone que los préstamos se
pagarán.
Se verifica al siguiente cliente cercano al límite y así
sucesivamente.
o Si en cierto momento se vuelven a pagar todos los créditos, el
o estado es seguro y la solicitud original debe ser aprobada.
El Algoritmo del Banquero (de Dijkstra) Para Varios Recursos
Acá también los procesos deben establecer sus necesidades totales de
recursos antes de su ejecución y dada una matriz de recursos asignados, el S.
O. debe poder calcular en cualquier momento la matriz de recursos necesarios.
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Se dispone de:
• “E”: vector de recursos existentes.
• “P”: vector de recursos poseídos.
• “A”: vector de recursos disponibles.
El algoritmo para determinar si un estado es seguro es el siguiente:
1. Se busca un renglón “R” cuyas necesidades de recursos no satisfechas
sean menores o iguales que “A”:
o Si no existe tal renglón, el sistema se bloqueará en algún
momento y ningún proceso podrá concluirse.
2. Supongamos que el proceso del renglón elegido solicita todos los
recursos que necesita y concluye:
o Se señala el proceso como concluido y se añaden sus recursos al
vector “A”.
3. Se repiten los pasos 1 y 2:
o Hasta que todos los procesos queden señalados como
concluidos, en cuyo caso, el estado inicial era seguro, o
o Hasta que ocurra un bloqueo, en cuyo caso, no lo era.
Asignación de Recursos por el Algoritmo del Banquero
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Se permiten las condiciones de “exclusión mutua”, “espera por” y “no
apropiatividad”.
Los procesos reclaman uso exclusivo de los recursos que requieren.
Los procesos mantienen los recursos mientras piden y esperan por otros
recursos adicionales, pero no pueden apropiarse de un proceso que mantenga
esos recursos.
Las peticiones son de un recurso a la vez.
El S. O. puede conceder o negar cada una de las peticiones; si se niega
una petición:
• El proceso retiene los recursos que ya tiene asignados.
• Espera un tiempo finito hasta que le sea atendida la petición.
El S. O. concede peticiones que den como resultado solo estados seguros.
Dado que el sistema se mantiene siempre en estado seguro, todas las
peticiones serán atendidas en un tiempo finito.
ESTADOS SEGUROS E INSEGURO
Un estado actual está conformado por “E”, “A”, “C” y “R”:
• “E”: vector de recursos en existencia.
• “A”: vector de recursos disponibles.
• “C”: matriz de asignación actual.
• “R”: matriz de solicitudes.
Un estado es seguro si:
• No está bloqueado.
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• Existe una forma de satisfacer todas las solicitudes pendientes,
mediante la ejecución de los procesos en cierto orden.
Ejemplo con un recurso para demostrar que el estado en (a) es seguro:
El estado es seguro ya que existe una sucesión de asignaciones que permiten
terminar a todos los procesos; dicha sucesión de asignaciones es la siguiente:
Ejemplo con un recurso para mostrar un estado inseguro :
• No se puede garantizar que terminen los tres procesos.
• Si el proceso “A” pide y se le otorga una unidad, puede producirse un
bloqueo de tres vías si cada uno de los procesos necesita al menos otra
unidad del recurso antes de liberar ninguna.
Un estado inseguro:
• No implica la existencia, ni siquiera eventual, de bloqueo.
• Sí implica que alguna secuencia infortunada de eventos dé como
resultado un bloqueo.
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La diferencia entre estado seguro e inseguro es que:
• A partir de un estado seguro, el sistema puede garantizar la conclusión
de todos los procesos.
• A partir de un estado inseguro, no existe tal garantía.
Ejemplo de una transición de estado seguro a estado inseguro.
• Dado un estado actual seguro, ello no implica que vayan a ser seguros
todos los estados futuros.
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS DIFERENTES ESTRATEGIAS
Estrategia Ventajas Desventajas
Prevención
· Funciona bien con procesos que realizan una sola ráfaga de actividad. · No es necesaria la apropiación. · Conveniente cuando se aplica a recursos cuyo estado se puede salvar y restaurar fácilmente. · Aplicación factible por medio de chequeos durante la compilación. · No hace falta procesamiento durante la ejecución, pues el problema se resuelve durante el diseño del sistema.
· Ineficiencia. · Retrasos en el inicio de los procesos. · Apropia más habitualmente de lo necesario. · Sujeto a reinicios cíclicos. · No permite las solicitudes Incrementales de recursos. · Poco uso de la apropiación.
Detección
· Nunca retrasa el inicio de un proceso. · Facilita el manejo en línea.
Pérdidas inherentes a la apropiación.
Predicción
· No es necesaria la apropiación.
-Deben conocerse las demandas futuras de recursos. · Los procesos pueden bloquearse durante largos periodos.