Einführung in die technische Informatik

Transkript

1 inführung in die technische Informatik hristopher Kruegel etriebssysteme ufgaben Management von Ressourcen Präsentation einer einheitlichen Schnittstelle für nwendungen wichtige Gebiete Prozessmanagement Speichermanagement ateisystem ingabe und usgabe System alls Funktionen, die ein etriebssystem den nwendungen zur Verfügung stellt infuehrung in die technische Informatik

2 Prozessmanagement Konzept etriebssystem stellt eine Reihe von virtuellen omputern zur Verfügung usführung eines Programms auf einem dieser virtuellen omputer heißt Prozess virtuelle omputer vermitteln den indruck, dass jeder Prozess auf einer eigenen PU mit eigenem Speicher läuft in Wirklichkeit wird zwischen den Prozessen hin- und hergeschaltet und diese laufen auf einer einzigen realen PU! Quasi-Parallelität oder logische Parallelität infuehrung in die technische Informatik Prozessmanagement Programm statisches Objekt im ateisystem Folge von Instruktionen unveränderlich über die Zeit Prozess dynamische bbild eines Programms läuft in einer bestimmten, veränderlichen Umgebung ab! ontext Folge von ausgeführten Instruktionen auf der PU existiert nur für eine bestimmte Zeit mehrere Prozesse können das selbe Programm ausführen infuehrung in die technische Informatik

3 Prozessmanagement Prozessablauf Prozesse können erzeugt werden durch das etriebssystem init task durch andere Prozesse fork() Prozesse können beendet werden freiwillig exit() wegen eines Fehlers (bsturz) durch einen anderen Prozess kill() infuehrung in die technische Informatik 5 Prozessmanagement Prozesszustand Prozesse kann auf der PU exekutiert werden (RUNNING) Prozess bereit sein, auf der PU exekutiert zu werden (RY) Prozess kann auf externe reignisse warten (LOK) Zustandsübergänge ausgelöst durch Prozess selbst (Termination) Scheduler Ressourcen werden verfügbar beschrieben durch Zustandsgraph infuehrung in die technische Informatik 6

4 Prozessmanagement Zustandsgraph Initialisierung Scheduling lockierung Ready locked e-lockierung Suspend Suspended Suspend infuehrung in die technische Informatik 7 Prozesse etriebssystem verwaltet Prozesse mittels process table Process table speichert Prozessdeskriptor (oder process control block) für jeden Prozess Prozessdeskriptor speichert relevante Informationen eines Prozesses Prozess-I Zustand Priorität esitzer des Prozesses (z.., UI) Zugriffsrechte (z.., UI) Registerinhalte Verweise auf benutzte Speicherbereiche (aten, Stack) Verweise auf offene Files infuehrung in die technische Informatik 8

5 Prozesse Prozesse besteht aus Ressourcen (dressraum, geöffnete ateien) usführung von Instruktionen (threads of execution) Zustand des Prozesses bei der usführung Werte in den Registern (und des Program ounters) Verlauf (History) der usführung und lokale Variablen am Stack infuehrung in die technische Informatik 9 Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) i =? Registerinhalte (hier Program ounter) P = 5 infuehrung in die technische Informatik

6 Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier Program ounter) P = 6 infuehrung in die technische Informatik Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier Program ounter) P = 7 [ return value of f() ] infuehrung in die technische Informatik

7 Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier Program ounter) P = 5 7 [ return value of f() ] [ return value of g() ] infuehrung in die technische Informatik Prozesse : : g() : { : g(); : } : Wert von i ist : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier Program ounter) P = 6 7 [ return value of f() ] [ return value of g() ] infuehrung in die technische Informatik

8 Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier Program ounter) P = 7 [ return value of f() ] infuehrung in die technische Informatik 5 Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier Program ounter) P = 7 infuehrung in die technische Informatik 6

9 Prozesse Parallele Prozesse unabhängige Ressourcen (dressraum, geöffnete ateien) unabhängige usführung (Stack und Register) können natürlich das selbe Programm ausführen infuehrung in die technische Informatik 7 Parallele Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) i =? i =? Registerinhalte (hier Program ounter) P = 5 P = 5 infuehrung in die technische Informatik 8 P P P ontext P P P

10 Parallele Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) i = i =? Registerinhalte (hier Program ounter) P = 6 P = 5 infuehrung in die technische Informatik 9 P P P ontext P P P Parallele Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) i = i =? Registerinhalte (hier Program ounter) P = P = 5 infuehrung in die technische Informatik 7 P P P ontext P P P

11 Parallele Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) i = i = 7 Registerinhalte (hier Program ounter) P = P = 6 infuehrung in die technische Informatik 7 P P P P P P ontext Parallele Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) i = i = 7 Registerinhalte (hier Program ounter) P = P = 7 7 infuehrung in die technische Informatik P P P P P P ontext

12 Parallele Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) i = i = 7 Registerinhalte (hier Program ounter) P = P = infuehrung in die technische Informatik P P P P P P ontext Parallele Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } Wert von i ist 7 dressraum (aten) i = i = 7 Registerinhalte (hier Program ounter) P = P = infuehrung in die technische Informatik P P P P P P ontext

13 Parallele Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) i = i = 7 Registerinhalte (hier Program ounter) P = 5 P = P infuehrung in die technische Informatik 5 P P ontext P P P Parallele Prozesse : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } Wert von i ist dressraum (aten) i = i = 7 Registerinhalte (hier Program ounter) P = 6 P = P infuehrung in die technische Informatik 6 P P ontext P P P

14 Threads Threads mehrere, parallele usführungen von Instruktionen, aber mit den selben Ressourcen sind wegen des gemeinsamen dressraums effizienter zu koordinieren effizienter zu erzeugen besser beim Wechsel zwischen Threads (context switch) Nützlich für nwendungen mit mehreren ufgaben ein Prozess wartet auf ingabe, ein anderer führt erechnungen durch z.., Server pplikationen Natürlich kann man alles auch nur mit Prozessen realisieren IP (inter-process communication) infuehrung in die technische Informatik 7 Threads : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) infuehrung in die technische Informatik 8 i =? Registerinhalte (hier Program ounter) P = 5 P = 5 ontext

15 Threads : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) infuehrung in die technische Informatik 9 ontext i = Registerinhalte (hier Program ounter) P = 6 P = 5 Threads : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) infuehrung in die technische Informatik ontext i = Registerinhalte (hier Program ounter) P = P = 5 7

16 Threads : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) infuehrung in die technische Informatik i = 7 Registerinhalte (hier Program ounter) P = P = 6 7 ontext Threads : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) infuehrung in die technische Informatik i = 7 Registerinhalte (hier Program ounter) P = P = 7 7 ontext

17 Threads : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) infuehrung in die technische Informatik i = 7 Registerinhalte (hier Program ounter) P = P = ontext Threads : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } Wert von i ist 7 dressraum (aten) infuehrung in die technische Informatik i = 7 Registerinhalte (hier Program ounter) P = P = ontext

18 Threads : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } dressraum (aten) infuehrung in die technische Informatik 5 ontext i = 7 Registerinhalte (hier Program ounter) P = 5 P = Threads : : g() : { : g(); : } : : int main(int argc, char **argv) : { 5: i = get_input(); 6: f(); return ; 8: } Wert von i ist 7 dressraum (aten) infuehrung in die technische Informatik 6 ontext i = 7 Registerinhalte (hier Program ounter) P = 6 P = 6 7 7

19 Scheduling Viele Prozesse, aber nur eine PU etriebssystem muss zwischen Prozessen wechseln etriebssystem braucht gelegentlich die PU selbst Wechsel ist aufwendig Zustand der usführung (Register) und dressraum des alten Prozess muss gespeichert werden neuer Prozess muss ausgewählt werden Zustand des neuen Prozess und dressraum muss geladen werden uswahl des neuen Prozesses! Scheduling infuehrung in die technische Informatik 7 Scheduling Ziele urchsatz (hoch) ntwortzeit (niedrig) PU uslastung Fairness Unterscheidung nicht-preemtive Verfahren ein Prozess kann die PU behalten, bis er fertig ist, oder freiwillig die Kontrolle abgibt preemtive Verfahren ein Prozess kann vom etriebssystem gegen seinen Willen unterbrochen werden infuehrung in die technische Informatik 8

20 Scheduling lgorithmen first-come, first-serve round-robin priority scheduling shortest job first shortest remaining time Scheduling wird festgelegt durch ngabe von den Zeitpunkten, zu denen Prozesse zu laufen beginnen (sich im Zustand RUNNING befinden) maximal ein Prozess kann sich im Zustand RUNNING befinden mehrere Prozesse können auf die PU warten (RY) infuehrung in die technische Informatik 9 Scheduling Praktisches eispiel ngabe rt des Scheduling lgorithmus ngabe ob preemtives oder nicht-preemtives Scheduling vorliegt Liste von Prozessen mit Information wann ein Prozess in den Zustand RY wechselt möglicherweise wie lange ein Prozess die PU benötigt möglicherweise Priorität Gesucht Zeitpunkte, wann welche Prozesse zu laufen beginnen infuehrung in die technische Informatik

21 Scheduling eispiel nicht-preemtives priority scheduling höherer Prioritätswert bedeutet höhere Priorität Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität infuehrung in die technische Informatik Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik

22 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik

23 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 5 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 6

24 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 7 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 8

25 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 9 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 5

26 Scheduling t Prozess Zeitpunkt (RUNNING) infuehrung in die technische Informatik 5 Scheduling eispiel preemtives priority scheduling höherer Prioritätswert bedeutet höhere Priorität Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität infuehrung in die technische Informatik 5

27 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 5 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 5

28 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 55 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 56

29 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 57 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 58

30 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 59 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 6

31 Scheduling Prozess Startzeitpunkt Laufzeit Priorität t infuehrung in die technische Informatik 6 Scheduling t Prozess Zeitpunkt (RUNNING) infuehrung in die technische Informatik 6

32 Interprozess-Kommunikation ufgabe wird in mehrere Teile zerlegt Jeder Teil wird von einem Prozess (oder Thread) bearbeitet Prozesse müssen untereinander Nachrichten austauschen! Interprozess-Kommunikation (IP) rbeitsschritte müssen in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt werden! Synchronisation infuehrung in die technische Informatik 6 Synchronisation Klassisches Problem Zugriff auf eine gemeinsame Ressource (z.., rucker) diese Ressource kann aber auch eine gemeinsame Variable sein erinnern wir uns an das Problem der globalen Variable bei den Threads Oft ist notwendig, dass ein Prozess eine Reihe von Operationen auf einer Ressource ausführt, ohne dass irgendein anderer Prozess auf diese Ressource zugreift ie Reihe von Operationen, welche nicht unterbrochen werden dürfen, nennt man oft critical section ie Tatsache, dass sich nur ein Prozess in einer critical section befinden darf, wird mutual exclusion genannt infuehrung in die technische Informatik 6

33 Interprozess-Kommunikation Synchrone Methoden mpfänger muss Nachricht aktiv abholen eispiel Message Passing Semaphore bekannte nalogie ist ein riefkasten synchrone Methoden mpfänger wird durch Nachricht unterbrochen eispiel Signale Interrupts bekannte nalogie ist ein ilbote infuehrung in die technische Informatik 65 Synchrone IP Semaphore dienen zur Synchronisation von ijkstra eingeführt ufbau ounter (Zähler) Warteschlange für Prozesse Semaphor ounter: Queue: Operationen P Operation V Operation infuehrung in die technische Informatik 66

34 Synchrone IP P Operation wenn ounter > erniedrige ounter um wenn ounter <= erniedrige ounter um blockiere den aufrufenden Prozess (oder Thread) und trage ihn in die Queue ein V Operation wenn ounter >= erhöhe ounter um wenn ounter < erhöhe ounter um de-blockiere einen Prozess, der in der Queue wartet infuehrung in die technische Informatik 67 Synchrone IP Idee bevor ein Prozess eine critical section betritt, muss eine P Operation ausgeführt werden am nde der critical section wird eine V Operation ausgeführt ounter wenn der ounter > ist, gibt er an, wie viele Prozesse ohne zu blockieren in die critical section dürfen (üblicherweise, kann aber für manche Ressourcen durchaus mehr sein) wenn der ounter < ist, gibt er an, wie viele Prozesse in der Queue warten infuehrung in die technische Informatik 68

35 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i =? Registerinhalte (hier P) P = P = sema ounter: Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 69 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i =? Registerinhalte (hier P) P = P = sema ounter: Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 7

36 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i =? Registerinhalte (hier P) P = P = sema ounter: Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 7 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier P) P = P = sema ounter: Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 7

37 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier P) P = P = sema ounter: Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 7 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier P) P = P = sema ounter: Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 7

38 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier P) P = P = locked sema ounter: - Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 75 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier P) P = P = locked sema ounter: - Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 76

39 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier P) P = 6 P = 5 locked sema ounter: - Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 77 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: i ist 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier P) P = 7 P = 5 locked sema ounter: - Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 78

40 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier P) P = 5 P = locked sema ounter: - Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 79 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier P) P = 6 P = sema ounter: Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 8

41 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = Registerinhalte (hier P) P = 6 P = sema ounter: Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 8 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = 7 Registerinhalte (hier P) P = 6 P = sema ounter: Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 8

42 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = 7 Registerinhalte (hier P) P = 6 P = 6 5 sema ounter: Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 8 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: i ist 7 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = 7 Registerinhalte (hier P) P = 6 P = 7 5 sema ounter: Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 8

43 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = 7 Registerinhalte (hier P) P = 6 P = 5 sema ounter: Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 85 Threads - Revisited : Semaphore sema; : : f() 5: { 6: printf( i ist %d\n, i); } 8: 9: int main(int argc, char **argv) : { :.. (do stuff here).. : P(sema); : i = get_input(); : f(); 5: V(sema); 6: return ; } dressraum (aten) i = 7 Registerinhalte (hier P) P = 6 P = 6 sema ounter: Queue: ontext infuehrung in die technische Informatik 86

44 eadlock Now, synchronisation is all good and fun. aber, eadlocks können auftreten! eadlock ine Gruppe von Prozessen wartet jeweils auf die ktion eines anderen Prozesses in dieser Gruppe aher kommt es zum Stillstand, kein Fortschritt wird mehr erzielt infuehrung in die technische Informatik 87 eadlock eispiel mit Threads und Semaphoren, die jeweils eine globale Variable schützen Thread Thread P(S) P(S) P(S) P(S) V(S) V(S) V(S) V(S) Zeit(t) infuehrung in die technische Informatik 88

45 eadlock eispiel mit Threads und Semaphoren, die jeweils eine globale Variable schützen Thread P(S) Thread P(S) P(S) P(S) V(S) V(S) V(S) V(S) Zeit(t) infuehrung in die technische Informatik 89 eadlock eispiel mit Threads und Semaphoren, die jeweils eine globale Variable schützen Thread P(S) P(S) Thread locked P(S) P(S) blockiert, weil bereits S belegt hat V(S) V(S) V(S) V(S) Zeit(t) infuehrung in die technische Informatik 9

46 eadlock eispiel mit Threads und Semaphoren, die jeweils eine globale Variable schützen Thread P(S) Thread locked P(S) P(S) P(S) V(S) V(S) V(S) V(S) Zeit(t) infuehrung in die technische Informatik 9 eadlock eispiel mit Threads und Semaphoren, die jeweils eine globale Variable schützen Thread locked P(S) Thread locked P(S) P(S) P(S) blockiert, weil bereits S belegt hat V(S) V(S) V(S) V(S) Zeit(t) infuehrung in die technische Informatik 9

47 eadlock eispiel mit Threads und Semaphoren, die jeweils eine globale Variable schützen Thread locked P(S) Thread locked P(S) P(S) P(S) blockiert, weil bereits S belegt hat V(S) V(S) eadlock V(S) V(S) Zeit(t) infuehrung in die technische Informatik 9 eadlock Notwendige edingungen ) Mutual xclusion er Zugriff auf Ressourcen ist exklusiv ) Hold and Wait Prozesse können Ressourcen anfordern, obwohl sie schon welche besitzen ) No preemption Ressourcen werden nur durch Prozesse freigegeben ) ircular Wait Zumindest zwei Prozesse warten aufeinander infuehrung in die technische Informatik 9

48 eadlock Maßnahmen zur Verhinderung von eadlocks ) eadlock voidance Prozesse werden überwacht und alle nforderungen, die möglicherweise zu einem eadlock führen, werden nicht erlaubt oder verzögert ) eadlock Prevention eine (oder mehrere) der vier notwendigen edingungen für einen eadlock werden im System verboten ) eadlock etection eadlock wird erkannt und (einige) beteiligte Prozesse beendet ) Problem ignorieren infuehrung in die technische Informatik 95 Zusammenfassung etriebssysteme verwalten Prozesse Speicher ateisystem ingabe und usgabe Prozessmanagement Prozessmanagement atenstrukturen Zustandsübergänge Prozess Ressourcen und thread(s) of execution Thread Registersatz und thread-spezifischen aten (lokale Variable, Stack) Scheduling infuehrung in die technische Informatik 96

49 Zusammenfassung Interprozess-Kommunikation (IP) atenaustausch zwischen Prozessen (oder Threads) Synchronisation für mutual exclusion in critical section Synchrone IP Semaphore, Messages synchrone IP Signale, Interrupts eadlock schwerwiegendes Probleme bei Synchronisationsaufgaben infuehrung in die technische Informatik 97