Bài giảng lập trình hệ điều hành chương 6 deadlock

Khoa Công Nghệ Thông Tin & Truyền Thông
Đại học Cần Thơ
Giảng viên: Hà Duy An


1. Deadlock là gì?
2. Các phương pháp xử lý Deadlock
o Ngăn chặn Deadlock
o Tránh Deadlock
o Phát hiện và phục hồi từ Deadlock

9/27/2013

2

Chương 6: Deadlock



• Hệ thống máy tính bao gồm một tập hợp các nguồn tài nguyên
• Các kiểu tài nguyên R1, R2, . . ., Rm
o Ví dụ: CPU cycles, memory space, I/O devices

• Mỗi tài nguyên Ri có Wi thể hiện.
• Tiến trình sử dụng một tài nguyên theo các bước như sau:
o Yêu cầu (request)
o Sử dụng (use)
o Giải phóng (release)

9/27/2013

4

Chương 6: Deadlock


• Một tập hợp các tiến trình bị nghẽn, mỗi tiến trình đang giữ một
tài nguyên và cũng đang chờ để xin một tài nguyên khác, mà tài
nguyên này lại đang bị giữ bởi một tiến trình khác trong tập hợp
trên.
• Ví dụ
o Hệ thống có 2 ổ chứa băng từ.
o P1 và P2, một tiến trình đang giữ một ổ và đang cần ổ kia.

• Ví dụ: mô phỏng sử dụng semaphore
o Các semaphores A và B, khởi tạo là 1
P0
wait (A);
wait (B);
9/27/2013

P1
wait(B)
wait(A)
5

Chương 6: Deadlock


9/27/2013

6

Chương 6: Deadlock


Deadlock có thể phát sinh nếu 4 điều kiện sau thỏa cùng lúc:
• Loại trừ hỗ tương: chỉ một tiến trình có thể sử dụng tài nguyên tại một
thời điểm.
• Giữ và chờ: Một tiến trình đang giữ ít nhất là một tài nguyên và đang
chờ để đạt được một tài nguyên khác đang bị giữ bởi tiến trình khác.
• Không trưng dụng: một tài nguyên chỉ có thể được giải phóng một cách
tự nguyện bởi tiến trình đang giữ nó, sau khi tiến trình này hoàn thành.
• Chờ đợi vòng tròn: tồn tại một tập hợp {P0, P1, …, Pn} các tiến trình
đang chờ đợi như sau: P0 đang đợi tài nguyên mà P1 đang giữ, P1 đang
đợi tài nguyên mà P2 đang giữ, …, Pn–1 đang đợi tài nguyên mà Pn đang
giữ và Pn lại đang chờ đợi tài nguyên mà P0 đang giữ.

9/27/2013

7

Chương 6: Deadlock


• Bao gồm tập hợp các đỉnh V và tập hợp các cạnh E.
• V được chia làm 2 dạng:
o P = {P1, P2, …, Pn}, là tập hợp các tiến trình đang tồn tại trong hệ
thống.
o R = {R1, R2, …, Rm}, là tập hợp các tài nguyên đang tồn tại trong hệ
thống.

• E chia làm 2 dạng:
o Cạnh yêu cầu: cạnh có hướng Pi →Rj
o Cạnh cấp phát: cạnh có hướng Rj →Pi

9/27/2013

8

Chương 6: Deadlock


• Tiến trình:
• Tài nguyên với 4 thể hiện:
• Pi yêu cầu một thể hiện của Rj:

Pi
Rj

• Pi đang giữ một thể hiện của Rj:

Pi
Rj

9/27/2013

9

Chương 6: Deadlock

9/27/2013

10

Chương 6: Deadlock


9/27/2013

11

Chương 6: Deadlock


9/27/2013

12

Chương 6: Deadlock


• Nếu đồ thị không có chu trình (cycle)  không có deadlock.
• Nếu đồ thị có một chu trình:
o Nếu một tài nguyên chỉ có một thể hiện thì deadlock xảy ra.
o Nếu một tài nguyên có vài thể hiện, có khả năng deadlock xảy ra.

9/27/2013

13

Chương 6: Deadlock



• Đảm bảo rằng hệ thống sẽ không bao giờ bước vào trạng thái
deadlock bằng các biện pháp ngăn chặn hay tránh deadlock.
• Cho phép hệ thống bước vào trạng thái deadlock và sau đó phục
hồi lại.
• Bỏ qua vấn đề này và xem như hệ thống sẽ không bao giờ xảy ra
deadlock.
o Biện pháp này được sử dụng trong hầu hết các hệ điều hành, bao gồm
cả UNIX.

9/27/2013

15

Chương 6: Deadlock



Thắt chặt lại các cách thức yêu cầu tài nguyên của tiến trình.
• Loại trừ hỗ tương: không yêu cầu đối với các tài nguyên có thể
chia sẻ; chỉ áp dụng đối với các tài nguyên không thể chia sẻ.
• Giữ và chờ: phải đảm bảo rằng mỗi khi một tiến trình yêu cầu
một tài nguyên, nó không đang giữ một tài nguyên khác.
o Đòi hỏi tiến trình yêu cầu và được cấp tất cả các tài nguyên nó cần
trước khi bắt đầu thực thi
o Chỉ cho phép tiến trình yêu cầu tài nguyên chỉ khi nó hiện không giữ

một tài nguyên nào cả.
o Giải pháp này làm giảm đáng kể hiệu xuất sử dụng tài nguyên, và có
thể gây ra tình trạng đói tài nguyên.
9/27/2013

17

Chương 6: Deadlock


• Không trưng dụng (no preemption):
o Nếu một tiến trình đang giữ một số tài nguyên lại yêu cầu thêm một
tài nguyên mới, nhưng tài nguyên mới này không thể được cấp phát,
thì tiến trình đó phải giải phóng tất cả các tài nguyên nó đang giữ.
• Các tài nguyên vừa được trưng dụng được thêm vào danh sách các
tài nguyên mà tiến trình đang cần.
• Tiến trình sẽ bị khởi động lại chỉ khi nó không thể xin lại được các tài
nguyên cũ cũng như tài nguyên mới nó đang cần.

• Chờ đợi vòng tròn (circular wait): phải áp đặt thứ tự toàn cục
của tất cả các lọai tài nguyên và yêu cầu rằng mỗi tiến trình phải
yêu cầu các tài nguyên theo thứ tự tăng.

9/27/2013

18

Chương 6: Deadlock

Yêu cầu thông tin bổ sung về cách thức tài nguyên được yêu cầu.
• Mô hình đơn giản và hữu ích nhất là yêu cầu mỗi tiến trình khai
báo số lượng tối đa của mỗi dạng tài nguyên mà nó cần.
o Với những thông tin được biết trước, ta có thể xây dựng các giải thuật
để bảo đảm rằng hệ thống sẽ không đi vào trạng thái deadlock.

• Giải thuật tránh deadlock sẽ kiểm tra động trạng thái cấp phát tài
nguyên để bảo đảm rằng không bao giờ xảy ra chờ đợi vòng
tròn.
• Trạng thái cấp phát tài nguyên được định nghĩa bởi số lượng tài
nguyên đã được cấp phát, số lượng tài nguyên sẵn dùng, và nhu
cầu tối đa của các tiến trình.
9/27/2013

20

Chương 6: Deadlock


• Khi một tiến trình yêu cầu một tài nguyên đang sẵn dùng, hệ thống phải
quyết định xem việc cấp tài nguyên này tức thời có giữ hệ thống ở trạng
thái an toàn hay không.
• Hệ thống ở trạng thái an toàn nếu tồn tại một dãy an toàn (safe sequence)
cho tất cả tiến trình.
• Dãy <P1, P2, …, Pn> được gọi là an toàn nếu với mỗi tiến trình Pi, các tài
nguyên mà Pi có khả năng yêu cầu vẫn có thể được thỏa mãn bởi các tài
nguyên đang sẵn dùng + các tài nguyên đang bị giữ bởi tất cả tiến trình
trình Pj, với jo Nếu các nhu cầu tài nguyên của Pi không được làm thõa mãn ngay tức

thì, thì Pi có thể đợi đến khi tất cả Pj hoàn thành.
o Khi Pj hoàn thành, Pi có thể lấy các tài nguyên cần thiết, thực thi tiếp, trả
lại số tài nguyên đã chiếm và kết thúc.
o Khi Pi kết thúc, Pi+1 có thể lấy các tài nguyên mà nó cần, …
9/27/2013

21

Chương 6: Deadlock


• Nếu hệ thống ở trong
trạng thái an toàn 
không có deadlock.
• Nếu hệ thống ở trong
trạng thái không an toàn
 có thể có deadlock.
• Tránh deadlock  đảm
bảo rằng hệ thống sẽ
không bao giờ rơi vào
trạng thái không an toàn.

9/27/2013

22

Chương 6: Deadlock


1. Mỗi loại tài nguyên có một thể hiện:

o Sử dụng giải thuật đồ thị cấp phát tài nguyên (Resource-AllocationGraph Algorithm).

2. Mỗi loại tài nguyên có hơn một thể hiện:
o Sử dụng giải thuật Banker.

9/27/2013

23

Chương 6: Deadlock


• Được áp dụng trong hệ thống chỉ có một thể hiện cho mỗi dạng tài
nguyên.
• Cạnh "dự định yêu cầu" Pi → Rj chỉ ra rằng tiến trình Pj có thể yêu cầu
tài nguyên Rj; được biểu diễn bởi một đường chấm.
• Cạnh dự định chuyển thành cạnh yêu cầu khi tiến trình yêu cầu một tài
nguyên.
• Khi một tài nguyên được giải phóng bởi một tiến trình, cạnh cấp phát
chuyển thành cạnh dự định yêu cầu.
• Tài nguyên phải được dự tính yêu cầu trước trong hệ thống.
o Các cạnh dự định yêu cầu phải xuất hiện sẵn trong đồ thị trước khi nó
chuyển thành cạnh yêu cầu.

•

Một yêu cầu chỉ được cấp chỉ khi việc chuyển từ Pi → Rj sang Rj → Pi
không tạo ra chu trình trong đồ thị cấp phát tài nguyên.
o Việc kiểm tra trạng thái an toàn được thực hiện bằng giải thuật phát hiện
chu trình (cycle-detection algorithm)

9/27/2013

24

Chương 6: Deadlock


Yêu cầu tài nguyên của P2 đối với R2 sẽ không được cấp phát, mặc
dù R2 đang sẵn dùng, bởi vì có thể tạo ra chu trình, dẫn tới deadlock.
9/27/2013

25

Chương 6: Deadlock