1. מערכות הפעלה ( אביב 2006) חגית עטיה © 1 טיפול בקיפאון  בעיית הקיפאון  הימנעות מקיפאון  זיהוי קיפאון באמצעות מציאת מעגלים  אלגוריתם להתחמקות מקיפאון

2. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©2 דוגמא : הפילוסופים הסועדים  כל פילוסוף מבלה ב - חשיבה (thinking) ניסיון להשיג מזלגות (hungry) אוכל (eating)

3. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©3 פילוסופים סועדים : עם סמפורים ריצה פשוטה ? קיפאון ! פיתרון פשוט סמפור fork[i] לכל מזלג wait(fork[i]) wait(fork[i+1]) eat signal(fork[i]) signal(fork[i+1]) בביצוע מסונכרן כל פילוסוף משתלט כל המזלג שמימינו ואז ממתין למזלג שמשמאלו -> קפאון 5 2 1 3 4 1 2 3 4 5

4. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©4 גרף בקשות - הקצאות נתאר מצב ( בזמן מסוים ) של מערכת על - ידי גרף מכוון ( דו - צדדי ) עיגול לכל תהליך מלבן עם n נקודות למשאב עם n עותקים קשת מתהליך למשאב  התהליך ממתין למשאב קשת מעותק של משאב לתהליך  עותק של המשאב הוקצה לתהליך

5. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©5 גרף בקשות - הקצאות : דוגמא  P1 מחזיק עותק של R2 ומחכה ל -R1  P2 מחזיק עותקים של R1 ו -R2 ומחכה ל -R3  P3 מחזיק עותק של R3 P1P1P2P2P3P3 R1R1 R2R2 R3R3

6. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©6 עותק יחיד מכל משאב ניתן לפשט את גרף בקשות - הקצאות P1P1 P2P2P3P3 R1R1R2R2R3R3

7. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©7 גרף לבעיית הפילוסופים הסועדים P5P5 P4P1P1 P3P3P2

8. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©8 קיפאון קבוצת תהליכים / חוטים שבה כל אחד ממתין למשאב המוחזק על - ידי מישהו אחר בקבוצה. מתקיימים התנאים הבאים : 1. יש מניעה הדדית משאבים שרק תהליך אחד יכול לעשות שימוש בהם בו - זמנית  כמה עותקים של אותו משאב נחשבים למשאבים נפרדים משאבים שאין צורך במניעה הדדית עבורם אינם יכולים לגרום לקפאון ( למשל, read only file)

9. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©9 קיפאון קבוצת תהליכים / חוטים שבה כל אחד ממתין למשאב המוחזק על - ידי מישהו אחר בקבוצה. מתקיימים התנאים הבאים : 1. יש מניעה הדדית 2. החזק והמתן תהליך מחזיק משאב ומחכה למשאב אחר שבשימוש אצל תהליך אחר

10. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©10 קיפאון קבוצת תהליכים / חוטים שבה כל אחד ממתין למשאב המוחזק על - ידי מישהו אחר בקבוצה. מתקיימים התנאים הבאים : 1. יש מניעה הדדית 2. החזק והמתן 3. לא ניתן להפקיע משאבים

11. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©11 קיפאון קבוצת תהליכים / חוטים שבה כל אחד ממתין למשאב המוחזק על - ידי מישהו אחר בקבוצה. מתקיימים התנאים הבאים : 1. יש מניעה הדדית 2. החזק והמתן 3. לא ניתן להפקיע משאבים 4. המתנה מעגלית... תהליכים P 0,P 1, …,P n-1 P i מחכה למשאב המוחזק ע " י P (i+1) mod n

12. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©12 דרכי התמודדות עם הקיפאון  מניעה - Prevention לקבוע מדיניות שתימנע קיפאון  למשל, מניעת המתנה מעגלית  גילוי קפאון - Detection  היחלצות מקפאון - Recovery  התחמקות מקפאון - Avoidance להשתמש במידע מוקדם על צרכיו של כל תהליך  להתעלם מהבעיה להניח שהמצב כמעט ואינו קורה...

13. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©13 מניעת המתנה מעגלית תהליכים P 0,P 1, …,P n-1 P i מחכה למשאב המוחזק ע " י P (i+1) mod n  נקבע סדר מלא בין המשאבים F(tape)=1, F(printer)=2, F(scanner)=3, …  תהליכים יבקשו משאבים רק בסדר עולה תהליך שמחזיק את ה -printer לא יוכל לבקש את ה -tape או... תהליך שמבקש משאב מסדר נמוך חייב לשחרר קודם משאבים מסדר גבוה

14. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©14 מניעת המתנה מעגלית בבעיית הפילוסופים הסועדים בקשת מזלגות בסדר עולה... if ( i = 5) then wait(fork[1]) wait(fork[5]) else wait(fork[i]) wait(fork[i+1]) eat signal(fork[i+1]) signal(fork[i]) 5 2 1 3 4 1 2 3 4 5

15. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©15 גילוי קיפאון עם עותק יחיד קיפאון קורה כשיש מעגל מכוון בגרף בקשות - הקצאות נובע מתנאי " החזק והמתן " ו -" המתנה מעגלית " גילוי קיפאון על - ידי זיהוי מעגל.  קיים אלגוריתם ידוע למציאת מעגל בגרף מכוון, בסיבוכיות O(m), כאשר m מספר הקשתות – למשל מיון טופולוגי P1P1 P2P2 P3P3 P4P4

16. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©16 מספר עותקים מכל משאב קיפאון לא בהכרח קורה כשיש מעגל מכוון בגרף בקשות - הקצאות עם כמה עותקים מכל משאב יכול להיות מעגל אבל לא קיפאון. גם עבור מערכת עם כמה עותקים מכל משאב קיים אלג ' לגילוי קפאון P1P1P2P2P3P3 R1R1 R2R2

17. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©17 היחלצות מקיפאון Recovery  ביטול כל התהליכים המצויים במצב קיפאון.  ביטול תהליכים אחד - אחד עד להיחלצות.  הפקעת משאבים. מציאת קבוצה אופטימאלית ( של תהליכים או משאבים ) לביטול היא בעיה קשה מאוד.

18. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©18 התחמקות מקיפאון Avoidance  דואגים להשאיר את המערכת במצב בטוח תהליכים מצהירים על כוונתם לבקש משאבים אסור לתהליך לבקש משאב שלא הצהיר עליו מצב הוא בטוח אם קיימת סדרת הקצאות לכל המשאבים שהוצהרו, מבלי להיכנס לקיפאון.  אם היענות לבקשה עלולה להכניס את המערכת למצב לא בטוח, הבקשה נידחת.  אלגוריתם שמרני הנחות מחמירות לגבי דרישות התהליכים

19. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©19 התחמקות מקיפאון : דוגמא  P 1 ו -P 2 מצהירים על כוונה לבקש את המדפסת והדיסק  P 1 מבקש את המדפסת הבקשה נענית  P 2 מבקש את הדיסק הבקשה נדחית... אם בהמשך P 2 יבקש את המדפסת ו - P 1 את הדיסק, אזי יהיה קיפאון  בבעית הפילוסופים הסועדים - שמים את המזלגות במרכז השולחן לוקח מזלג, אלא אם כן : זה המזלג האחרון ולאחד הממתינים עדיין חסר מזלג אחד ובאופן כללי, אלגוריתם הבנקאי...

20. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©20 התחמקות : אלגוריתם הבנקאי  כאשר תהליך מגיע למערכת, מצהיר כמה עותקים ירצה ( לכל היותר ) מכל משאב.  אם תהליך מבקש עותק ממשאב, הבקשה תיענה אם יש מספיק עותקים פנויים. לא חורג מההצהרה ההתחלתית. ההקצאה משאירה את המערכת במצב בטוח : תוכל לספק את הבקשות של תהליכים שכבר נמצאים במערכת עד למקסימום המוצהר לכל סוג משאב

21. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©21 התחמקות : אלגוריתם הבנקאי  פרמטרים : Available – vector of size m – the number of available resources of each type Max – an n x m matrix – the maximum demand of each process for each resource type Allocation – an n x m matrix – the amount of currently allocated resources of each type to each resource Need – an n x m matrix – the remaining resources needed by each process ( Need = Max - Allocation ) Work and Finish – temporary arrays of size n

22. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©22 התחמקות : אלגוריתם הבנקאי  הפרוטוקול : 1. Initialize Work := Available ; Finish :=[false, …,false]; 2. Find an i such that ( Finish [ i ]=false & Need [ i ]<= Work ) If none found, goto step 4; 3. Work := Work + Allocation [ i ]; Finish [ i ]:=true; goto step 2; 4. If Finish [ i ]=true for all i, then the system is safe. Otherwise not safe לפני מתן אישור לבקשה למשאב ודא שהמערכת תישאר במצב בטוח אם הבקשה היתה מתקבלת שורה 2 Need[i]<= Work - ניתן יהיה להיענות לדרישותיו בעתיד שורה 3 - שחרר את המשאבים שמחזיק כעת וצמצם

23. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©23 אלגוריתם הבנקאי – דוגמא  האם המצב הבא של המערכת הוא " בטוח “?  ניתן לצמצם את P2 לאחר שחרור משאביו, ניתן לצמצם את P3 ו -P1 ABC P1010 P2210 P3103 Total 323 ABC 311 214 323 ABC 034 ABC 301 004 220 AllocationMaxAvailableNeed

24. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©24 קיפאון : הערות  רוב מערכות ההפעלה לא דואגות למנוע קיפאון. פעולה כבדה. האחריות נשארת אצל המתכנת. הריגת תהליך מאפשרת להיחלץ מקיפאון.  אך עלולה להשאיר את המערכת במצב לא תקין.  ב -Windows NT פקודת WaitForMultipleObjects. אפשר לחכות למשאב אחד מתוך האוסף או לחכות לכל המשאבים ביחד - מקצה את כל המשאבים בבת - אחת, אם כולם פנויים.

25. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©25 גילוי והיחלצות מקיפאון - שיטת Watchdog מכניזם פרקטי הנקרא Watchdog  מימוש בחומרה רגיסטר מיוחד בחומרה שסופר אחורה ערך מונה וכשהמונה מגיע לאפס – מבצע reset להתקן ( מכבה ומדליק ההתקן מחדש ) החוטים במערכת מדי פעם ניגשים לרגיסטר ומעדכנים את המונה לערך גבוה התחלתי אם יש קפאון – החוטים לא יוכלו לעדכן את המונה ויהיה reset  השיטה מחייבת שיתוף פעולה של החוטים העובדים  אם רוצים לוודא שאף חוט לא מעורב בשום קפאון – יש להשתמש ברגיסטר נפרד לכל חוט

26. מערכות הפעלה ( חורף 2006) חגית עטיה ©26  מימוש א ' בתוכנה : זהה למימוש בחומרה, רק במקום מנגנון חומרה שבודק את הרגיסטר, חוט מיוחד בודק את המשתנה Timestamp ואם מגלה שלא עודכן הרבה זמן, הורג את התהליך  מימוש ב ' בתוכנה : חוט מיוחד A תפקידיו :  מדי כמה זמן לנסות לתפוס את כל המשאבים במערכת לפי סדר נתון ואז לשחרר  מדי כמה זמן לעדכן ערך של משתנה Timestamp ע " י כתיבת זמן נוכחי חוט B שתפקידו :  מדי פעם לבדוק את המשתנה Timestamp ואם מגלה שלא עודכן הרבה זמן, משמע חוט A מעורב בקיפאון, הורג את כל החוטים ( הורג את התהליך ) מחייב ידע של חוט A לגבי כל משאבי התוכנית  לא מחייב שיתוף פעולה של כל החוטים העובדים השיטה היא Intrusive, כלומר פוגעת קצת בביצועי התוכנית בגלל תפיסת המשאבים ע " י חוט A גילוי והיחלצות מקיפאון - שיטת Watchdog