deadlock

1.概念

deadlock
1.a set of blocked process each holding a resource and
2. waiting to acquire a resource held by another process in the set

deadlock characterization
發生deadlock時以下四個特性會同時出現
mutual exclusion(互斥): 資源在同一時間只允許一個process使用
no preemption: 其他process無法強制取得資源
hold and wait: p1要使用一些資源,但部份資源要等到其他process用完,造成p1暫時無法執行
circular wait(循環等待): p1等待p2資源,p2等待p3資源,p3等待p1資源

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resource-allocation graph
用來檢查是否有deadlock的方法
若形成cycle,會有deadlock的風險
若形成cycle,並符合deadlock4特性的其中一種,會發生deadlock
常用於deadlock avoidance algorithm

resource-allocation graph定義
圖形由以下集合構成
 vertices V
 edges E
V有以下兩類型
 P={P1,P2,...Pn} 表示process
 R={R1,R2,...Rn} 表示resource
動作
 process要求resource時,Pi->Rj
 process正使用resource時, Pi<-Rj

...

wait-for graph
類似resource-allocation graph
但vertices V中只有process
常用於deadlock detection algorithm

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2.handling deadlock 策略
主要有以下大三種
1無法進入deadlock狀態
 deadlock prevention
 deadlock avoidance
2允許deadlock發生,但會事後補救的做法
 deadlock detection and recovery
3忽略 
 大部份作業系統採該方法

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deadlock prevention
可避免deadlock,但resource utilization會降低
主要方法為避免deadlock各特性的其中一種成立
如下
mutual exclusion prevention
 有些資源無法適用該方法
 該方法很困難
hold and wait prevention
 not wait: process要有能力一次取得所需要的所有資源,才可申請資源
 not hold: process要釋放掉所資資源後,才可申請資源
no preemption prevention
 改為preemption讓process可preemption
 ps:preemtpion可能引發starvation問題
 可應用在cpu register或memory space等資源
 較難應用在printer或磁帶機等資源
circular wait prevention
 給各resource唯一的ID,process只能以遞增的方式申請resource

 ex:p已有resource3,那p不能申請resource1,2,只能申請4之後的resource

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deadlock avoidance
透過algorithms動態的檢查state,以確保不發生deadlock
state包括
 safe state:不會發生deadlocks的情況
 unsafe state:可能發生deadlock和會發生deadlock兩種的情況

依resource type有以下兩種avoidance algorithms
single instance
 resource-allocation graph algorithm
multiple instances
 banker's algorithm 


banker's algorithm
需要O(m*n^2),較耗時
資料結構
 available[r]:各resource還有多少可用
 max[p,r]:各process各需要幾個resource
 allocation[p,r]:各process各自擁有的resource,會隨時間變化而變動
 need[p,r]:目前各process還各需要幾個resource,會隨時間變化而變動

主要流程
 1. resource-request algorithm 決定資源的分配
 2. safe algorithm 判斷是否仍在安全狀態
ex:
所有資源為10,5,7,而各process需求如下
p: allocation/max = need
p0: 0,1,0/7,5,3 = 7,4,3
p1: 2,0,0/3,2,2 = 1,2,2
p2: 3,0,2/9,0,2 = 6,0,0
p3: 2,1,1/2,2,2 = 0,1,1
p4: 0,0,2/4,3,3 = 4,3,1
計算方式如下
available: 3,3,2 =10-(0+2+3+2+0),5-(1+0+0+1+0),7-(0+0+2+1+2)
step1
1) available3,3,2 > p1的1,2,2 所以配給p1
2) p1完成後歸還資源2,0,0
3) available: 5,3,2 =10-(0+0+3+2+0),5-(1+0+0+1+0),7-(0+0+2+1+2)
step2
1) available5,3,2 > p3的0,1,1 所以配給p3
2) p3完成後歸還資源2,1,1
3) available: 7,4,3 =10-(0+0+3+0+0),5-(1+0+0+0+0),7-(0+0+2+0+2)
step3
1) available7,4,3 > p4的4,3,1 所以配給p4
2) p4完成後歸還資源0,0,2
3) available: 7,4,5 =10-(0+0+3+0+0),5-(1+0+0+0+0),7-(0+0+2+0+0)
step4
1) available7,4,5 > p0的7,4,3 所以配給p0
2) p0完成後歸還資源0,1,0
3) available: 7,5,5 =10-(0+0+3+0+0),5-(0+0+0+0+0),7-(0+0+2+0+0)
step5
1) available7,5,5 > p2的6,0,0 所以配給p2
2) p0完成後歸還資源3,0,2
3) available: 10,5,7 =10-(0+0+0+0+0),5-(0+0+0+0+0),7-(0+0+0+0+0)
最後根據safe algorithm檢查
配置順序若為p1,p3,p4,p0,p2屬於safe state


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deadlock detection and recovery
資源utilzation較高,throughput可提昇

偵測時機
當process無法立刻要到資源
定期偵測:ex:每小時偵測一次
cpu使用率低的時候 ex:cpu使用率低於20%時

依resource type有以下兩種方法
single instance
 週期性的搜尋是否在wait-for graph有cycle
 演算法複雜度為n^2
several instance
 使用detection algorithmI(類似bank's algorithm)

detection algorithm
data structure
 available[r]
 allocation[p,r]
 request[p,r]
ex:
所有資源為7,2,6,而各process需求如下
p: allocation/request
p0: 0,1,0 / 0,0,0
p1: 2,0,0 / 2,0,2
p2: 3,0,3 / 0,0,0
p3: 2,1,1 / 1,0,0
p4: 0,0,2 / 0,0,2
偵測p0,p2,p3,p1,p4順序是否正常
計算如下
p0,request=0,
 釋放p0資源, work(0,1,0)=work(0,0,0)+allocation(0,1,0),finsh[0]=1
p2,request=0,
 釋放p2資源﹑ work(3,1,3)=work(0,1,0)+allocation(3,0,3),finsh[2]=1
p3,request!=0,且request(1,0,0) 釋放p3資源,work(5,2,4)=work(3,1,3)+allocation(2,1,1),finsh[3]=1
p1,request!=0,且request(2,0,0) 釋放p1資源,work(7,2,4)=work(5,2,4)+allocation(2,0,0),finsh[1]=1
p4,request!=0,且request(0,0,2) 釋放p4資源,work(7,2,6)=work(7,2,6)+allocation(0,0,2),finsh[4]=1
finish[0]~finish[4]都為1,該序列無deadlock


recovery from deadlock
若detection algorithm偵測到deadlock則解決
主要有以下兩方法
process termination
 中斷所有deadlock process
 中斷所有process直到deadlock被排除
resource preemption
 rollback回到safe state

 

 

2014-01-12 09:08:50發表 2015-02-16 23:02:00修改   

數據分析
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