Kapitel 5 Verklemmungsprobleme. Verklemmungsprobleme

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1 Kapitel 5 Verklemmungsprobleme 221 Verklemmungsprobleme Betriebsmittel A 1 Betriebsmittel E 4 Betriebsmittel B Betriebsmittel D 5 2 Betriebsmittel C 3 Beispiel: A P(MBand) P(Drucker) B : : V(Drucker) V(MBand) P(Drucker) P(MBand) V(MBand) V(Drucker) () ) besitzt (Betriebsmittel) (Betriebsmittel) wird benötigt von () 222 1

2 Verklemmungen: Voraussetzungen & Aufgaben des Betriebsmittelverwalters Voraussetzungen für f r Verklemmungen Exklusivität: Beteiligte Betriebsmittel müssen m exklusiv belegt werden Sequentialisierbarkeit: Zeitliche Reihenfolge des Zugriffs ist unerheblich Unteilbarbarkeit: Die Belegung ist unteilbar Beschränktheit: Sie sind nur in beschränkter Anzahl vorhanden. Äquivalente Betriebsmittel können k auch zu Klassen zusammengefaßt t werden Betriebsmittelverwalter führt eine Freiliste für f r die freien Betriebsmittel-Einheiten teilt anfordernden Prozessen die Betriebsmittel zu nimmt von einem nicht mehr benötigte Betriebsmittel entgegen fordert die restlichen bei beendigung oder -abbruch zurück Danach versetzt er sie wieder in einen definierten Ausgangszustand nd 223 Strategien für f r Verklemmungsvermeidung Verklemmungen mit Verklemmungen ohne Zusatzinformationen Zusatzinformationen vermeiden verhindern freizügig Verklemmung möglich vorsichtig keine Verklemmungen Betriebsmittel, Angabe von auf einen Schlag gar keine Anfalls vorhanden, Höchstgrenzen anfordern - forderung zuteilen hierarchisch Serialisierung erfüllen Statische Verklemmungsverhinderung (deadlock( prevention) Dynamische Verklemmungsvermeidung (deadlock( avoidance) Verklemmungserkennung (deadlock( detection) Verklemmungsbehebung (deadlock( recovery) 224 2

3 Notwendige Voraussetzungen für f r Verklemmungen a) Ausschlußbedingung, mutual exclusion condition: Die Betriebsmittel müssen m von den Prozessen exklusiv genutzt werden b) Bedingung der Zusatzanforderung, wait for condition: Jeder hat bereits (mind.) ein BM belegt und fordert (mind.) ein weiteres an c) Nichtentziehbarkeit,, no preemption condition: Die Betriebsmittel können k nicht entzogen werden d) Zirkuläre re Wartebedingung, circular wait condition: Es besteht ein geschlossener Kreis, in dem jeder ein Betriebsmittel anfordert, das vom jeweils nächsten n belegt ist Notwendig für f r eine Verklemmung ist das gleichzeitige Zutreffen von a) - d) folglich: wenn eine der Bedingungen nicht erfüllt ist, kann es zu keiner Verklemmung kommen 225 Verklemmungsverhinderung Zu a) Ausschlußbedingung Mit Datenpufferung/Spooling Exklusivität t unterlaufen Zu b) Bedingung der Zusatzanforderung Ein darf alle benötigten Betriebsmittel nur gleichzeitig anfordern bzw. muß warten, bis alle frei sind (one( shot allocation); spez. Systemaufruf erforderlich; Probleme: dynamischer BM-Bedarf, Bedarf, Aushungerung, BM-Verschwendung (z.b. Drucker) Zu c) Nichtentziehbarkeit Bei Nichterfüllung der BM-Anforderung, muß der sämtliche belegten BM freigeben und dann die bisher gehaltenen und das zusätzlich gewünschte BM neu anfordern. Problem: Konsistenz von Dateien, Rechenzeitverschwendung durch Neuberechnung, N Aushungerung; in transaktionsgesicherten Prozessen jedoch praktikabel kabel Zu d) Zirkuläre re Wartebedingung Betriebsmittel werden nur in einer festgelegten aufsteigenden Reihenfolge angefordert, sonst müssen m alle höher h her angeordneten BM freigegeben werden Problematisch: richtige Festlegung der Reihenfolge (von selten zu häufig), h Stabilität t der Numerierung, Notwendigkeit des Anerkennens der Regel durch alle Prozesse 226 3

4 Verklemmungsvermeidung Fortschritt von P1 P1 alleine nicht betretbar P1 benötigt B1 x P1 benötigt B2 P1 wartend P2 wartend P2 benötigt B1 P2 alleine P2 benötigt B2 Fortschritt von P2 Betriebsmittel-Proze -Diagramm mit gesperrten und gefährlichen Bereichen Wichtigste: Information: Welche BM kann/wird ein maximal benötigen? 227 Verklemmungsvermeidung: Bankiers-Algorithmus Ein (Betriebsmittel-)Verteilungszustand ist durch folgende Datenstruktur definiert: TYPE PBZ = RECORD (* PBZ = -Betriebsmittel Betriebsmittel-Zustand *) MF: INTEGER; (* *) Belegt: INTEGER; Angefordert: INTEGER; (* wenn <> 0, wartet der auf Zuteilung *) END; Verteilungszustand = RECORD Zustand: ARRAY [1..zahl] zahl] OF PBZ; (* zahl: zahl: Zahl der existenten Prozesse *) Frei: INTEGER; END; Verteilungszustand VZ heißt realisierbar,, wenn in der Menge P aller existenten Prozesse gilt: Keine MF ist größ ößer als der Gesamtvorrat G: VZ.Zustand[i].MF G für r alle Prozesse i P Kein hat mehr als seine MF bekommen ("belegt"): 0 VZ.Zustand[i].Belegt VZ.Zustand[i].MF für alle Prozesse i P Die Summe aller belegten Einheiten ist nicht größ ößer als der Gesamtvorrat: VZ.Frei + VZ.Zustand[i].Belegt = G, wobei VZ.Frei 0 i P 228 4

5 Verklemmungsvermeidung: Bankiers-Algorithmus (2) Ein realisierbarer Verteilungszustand heißt sicher,, wenn er nicht möglicherweise zu einer Verklemmung führen f kann. Das ist der Fall, wenn es in P eine sichere Zuteilungsfolge (Proze zeßfolge i 1,, i 2,,... i n) ) mit n = P gibt, so daß: Der erste der Folge kann sicher zu Ende gehen, da für f r ihn (im Rahmen seiner ) genügend gend Betriebsmittel zur Verfügung stehen. Der zweite kann spätestens dann sicher zu Ende gehen, wenn der erste sich beendet hat, da dann dessen Betriebsmittel dem zweiten zusätzlich zur Verfügung stehen. Der k-te kann spätestens dann sicher zu Ende gehen, wenn alle vorangehenden sich beendet haben, da dann die Summe ihrer Betriebsmittel dem k-k ten zusätzlich zur Verfügung steht. (Schlimmstenfalls) Serialisierung der Prozesse 229 Beispiele: ein Betriebsmittel, drei Prozesse A, B, C belegt A 4 6 B 2 7 C 4 11 frei 2 belegt B 2 7 C 4 11 frei 6 belegt A 4 6 B 2 9 C 4 11 frei

6 2. Beispiel: ein Betriebsmittel, drei Prozesse A, B, C belegt A 2 10 B 1 8 C 1 3 D 3 5 frei 4 Fragen: A fordert zwei weitere Einheiten des Betriebsmittels an. Soll ihm i der Wunsch sofort erfüllt werden? Wie lautet die Antwort, wenn die von A 11 statt 10 Einheiten beträgt? 231 Lösungen zu a) belegt belegt belegt belegt A B C D 5 3 frei sichere folgen: D, C, A, B oder C, D, A, B zu b) belegt belegt belegt A B C D 5 3 frei Weder A noch B kann in der letzten Situation zu Ende geführt werden, wenn der jeweilige seine tatsächlich beansprucht. Der Verteilungszustand ist also unsicher; die Anforderung von A sollte daher vorerst nicht erfüllt werden

7 Bankiers-Algorithmus S := [alle Prozesse]; WHILE S <> [] DO (* []: leere Menge *) BEGIN Suche einen beendbaren P S; Wenn es keinen gibt, ist der Zustand unsicher; ; Abbruch; Notiere P; S := S - [P]; Füge die Betriebsmittel von P dem freien Vorrat hinzu. END Falls kein Abbruch, ist der Zustand sicher Nachteile: Betriebsmittelbedarf bestimmt sich evtl. dynamisch erst zur Laufzeit des Prozesses (Bestimmung der schwierig) Das Verfahren ist unflexibel bezüglich der - und Betriebsmittelzahl Das Verfahren kostet viel Rechenzeit und Speicherplatz Es garantiert nur, daß jeder seine Betriebsmittel in endlicher Zeit bekommt, häufig h aber werden Zeitschranken in realistischen Größ ößenordnungen gebraucht 233 7