II Procesos

Sistemas Operativos

José David Ortega Pacheco

Instituto Politécnico NacionalEscuela Superior de Cómputo

Departamento de Ingeniería en Sistemas ComputacionalesAcademia de Sistemas Distribuidos

Unidad II

Administración de procesos

Orden de la presentación

2.1 Introducción

2.2 Comunicación entre procesos

2.3 Semáforos

2.4 Monitores

2.5 Transferencia de Mensajes

2.6 Problemas clásicos de la comunicación entre procesos

2.7 Planificación de procesos

2.8 Administración de procesos en UNIX

IPN, ESCOM, José David Ortega Pacheco 2

2.1 Introducción


2.1 Introducción

Definición preliminar de proceso: Programa en ejecución

Una definición más completa incluye en la definición anterior los términos:

Código de programa

Datos


2.1 Introducción

Para administrar procesos, el sistema operativo utiliza el Bloque de Control de Proceso, el cual contiene información como la siguiente:

Identificador, estado, prioridad, contador de programa, apuntadores a memoria, datos de contexto, estado de la E/S, información de auditoría


2.1 Introducción

El modelo de estados es una descripción del comportamiento de los procesos en un sistema operativo


Modelo de 2 estados: Diagrama de transición

Noejecutado

Ejecutando

Entrada

Activado

Desactivado

Salida

2.1 Introducción

Creación de un procesos: Razones

• Trabajo por lotes

• Inicio interactivo

• Proveer un servicio

• Petición de un proceso


2.1 Introducción

Culminación de un procesos: Razones


• Finalización normal

• Sobrepasar un límite de tiempo enprocesador

• Memoria no disponible

• Violación de memoria

• Error de protección

• Error aritmético

• Sobrepasar tiempo de espera

• Falla de E/S

• Instrucción inválida

• Instrucción privilegiada

• Error de dato

• A petición del usuario o delsistema operativo

• Culminación del padre

• Petición del padre

2.1 Introducción



Nuevo

EntradaListo

AdmitidoEjecutando

ActivadoSalida

Culminado

Bloqueado

Tiempo

Esperaevento

Ocurreevento

2.1 Introducción

Suspensión

Se utiliza cuando todos los estados descritos anteriormente se cargan en memoriaprincipal, lo cual representa un riesgo.

Se puede extender la memoria principal pero esto implica costos, además de quelos programas demandan de manera individual cada vez más espacio de memoria.

Otra solución es el Swapping.


2.1 Introducción

Swapping

Implica mover procesos de memoria principal a disco duro mediante un estadodenominado como suspendido.

Es una operación de E/S que tiene riesgos inherentes a los dispositivos de E/S, sinembargo termina siendo una buena solución debido a que el disco duro es de losdispositivos de E/S más rápidos.


2.1 Introducción



Nuevo

EntradaListo

AdmitidoEjecutando

ActivadoSalida

Culminado

Bloqueado

Tiempo

Esperaevento

Ocurreevento

SuspendidoSuspensión

Activado

2.1 Introducción



NuevoEntrada

ListoAdmitido

EjecutandoActivado

SalidaCulminado

Bloqueado

TiempoEsperaevento

Ocurreevento

ListoSuspendido

Suspensión

BloqueadoSuspendido

Activado

Ocurreevento

Suspensión

2.1 Introducción

Modelo de 5, 6 y 7 estados

En cualquiera de los modelos anteriores se puede pasar de cualquier estado alestado de salida, aunque no se tenga marcada la relación.


2.1 Introducción

Suspensión

Podemos generalizar el que un proceso en suspensión tiene cuatro característicasprincipales:

1. El proceso no está disponible de manera inmediata para su ejecución.

2. El proceso puede o no estar esperando un evento.

3. El proceso se puso en suspensión por medio de un agente externo o por elmismo.

4. El proceso no puede ser removido del estado de suspensión a menos que elagente lo ordene.


2.1 Introducción

Suspensión: Razones

• Swapping.

• Decisión del Sistema operativo.

• Requerimiento del usuario.

• Ejecución Periódica de algún proceso.

• Requerimiento del padre.


Descripción de procesos

El sistema operativo construye y mantiene tablas de información de cada entidadque debe mantener. Se tienen tablas de memoria, procesos, de E/S y archivos.

Las tablas de proceso son el mecanismo de control de procesos.


2.1 Introducción


2.1 Introducción

Memoria

E/S

Archivos

Procesos

Tablas de Memoria

Tablas de E/S

Tablas de Archivos

Proceso 1

Proceso n

Imagen de Proceso 1

Imagen de Proceso n

Tabla de Procesos

Descripción de procesos

Estructuras de control de procesos

La imagen de proceso representa la ubicación de física de un proceso:

• Datos

• Programa

• Pila

• Bloque de Control de Proceso


2.1 Introducción

Estructuras de control de procesos

• Bloque de Control de Proceso: Estructura más importante, contiene todala información que requiere el sistema operativo.


2.1 Introducción

Atributos de un procesos

La información contenida en el BCP, se divide en:

1. Identificación de proceso

2. Estado del procesador

3. Control de proceso


2.1 Introducción


1. Identificación de proceso

• PID

• PPID

• UID

• GID


2.1 Introducción


2. Estado del procesador

• Registros visibles al usuario

• Registros de Estatus y de Control

• Apuntadores a pila


2.1 Introducción


3. Control de proceso

• Planificación e información de estado

• Estructura de dato

• Comunicación entre procesos

• Privilegios

• Manejo de memoria

• Propiedad de recursos y utilizaciónIPN, ESCOM, José David Ortega Pacheco 24

2.1 Introducción

Creación de procesos

Pasos:

1. Se asigna un nuevo identificador de proceso

2. Se proporciona memoria de datos y de programa

3. Se inicializa el Bloque de Control de Proceso

4. Se inicializan los enlaces apropiados (Si se manejan listas)

5. Crear o expandir otras estructuras de datos


2.1 Introducción

Cambio de proceso en el uso de procesador

Mecanismos de interrupción de un procesos en el uso de procesador


2.1 Introducción

Mecanismo Causa Uso

Interrupción Externa a la ejecución de la instrucción actual

Reacción a un evento asíncrono externo

Trap Asociada con la ejecución de la instrucción actual

Manejo de un error o una condición de excepción

Supervisor de llamada Requerimiento explícito Llamada al sistema


Algunos ejemplos de interrupción:

1. Interrupción de reloj

2. Interrupción de E/S

3. Error de memoria


2.1 Introducción


Pasos

1. Guardar contexto de procesador

2. Actualizar el Bloque de Control de Proceso (BCP) del proceso actual

3. Mover el BCP a la cola del estado adecuado

4. Seleccionar otro proceso para ejecución

5. Actualizar el BCP del proceso seleccionado

6. Actualizar manejo de memoria y estructuras de datos

7. Restaurar el contexto de procesador con los datos del proceso a ejecutarIPN, ESCOM, José David Ortega Pacheco 28

2.1 Introducción

Cuestionario

1. ¿Qué es un proceso?

2. ¿A quién se le llama proceso padre y a quién proceso hijo?

3. ¿Qué eventos pueden llevar a la creación de un proceso y descríbalos?

4. Mencione 6 eventos que pueden llevar a la culminación de un proceso ydescríbalos.

5. ¿Qué es un modelo de estados de proceso?

6. Describa en qué consiste cada uno de los estados del modelo de 5estados para procesos.


Cuestionario

7. Bajo qué condiciones se pasa del estado de NUEVO a LISTO en el modelode 5 estados.

8. Bajo qué condiciones se pasa del estado de LISTO a EJECUTANDO en elmodelo de 5 estados.

9. Bajo qué condiciones se pasa del estado de EJECUTANDO a SALIDA en elmodelo de 5 estados.

10. Bajo qué condiciones se pasa del estado de EJECUTANDO a LISTO en elmodelo de 5 estados.

11. Bajo qué condiciones se pasa del estado de EJECUTANDO a BLOQUEADOen el modelo de 5 estados.

12. Bajo qué condiciones se pasa del estado de BLOQUEADO a LISTO en elmodelo de 5 estados.


Cuestionario

13. Bajo qué condiciones se pasa del estado de LISTO a SALIDA en el modelode 5 estados.

14. Bajo qué condiciones se pasa del estado de BLOQUEADO a SALIDA en elmodelo de 5 estados.

15. ¿Qué es un proceso suspendido y mencione sus 4 características?

16. Mencione las 5 razones para suspender procesos.

17. ¿Qué es Swapping?

18. Muestre el esquema del modelo de 7 estados para procesos y describaen qué consisten los estados de BLOQUEADO/SUSPENDIDO yLISTO/SUSPENDENDIDO.


Cuestionario

19. Bajo qué condiciones se pasa del estado de BLOQUEADO aBLOQUEADO/SUSPENDIDO en el modelo de 7 estados.

20. Bajo qué condiciones se pasa del estado de BLOQUEADO/SUSPENDIDO aLISTO/SUSPENDIDO en el modelo de 7 estados.

21. Bajo qué condiciones se pasa del estado de LISTO/SUSPENDIDO a LISTOen el modelo de 7 estados.

22. Bajo qué condiciones se pasa del estado de LISTO a LISTO/SUSPENDIDOen el modelo de 7 estados.

23. Bajo qué condiciones se pasa del estado de BLOQUEADO/SUSPENDIDO aBLOQUEADO en el modelo de 7 estados.

24. Bajo qué condiciones se pasa del estado de EJECUTANDO aLISTO/SUSPENDIDO en el modelo de 7 estados.


Cuestionario

25. ¿Qué son las tablas de control de procesos?

26. ¿Qué es la imagen de proceso y que información contiene de manerageneral?

27. ¿Cuáles son las tres categorías de información que contiene el Bloque deControl de Proceso y qué información contiene cada una?

28. ¿Cuáles son los pasos generales para la creación de procesos y describaen qué consiste cada uno?

29. Mencione tres mecanismos que interrumpen la ejecución de procesos.

30. ¿Cuál es la diferencia entre una interrupción y un trap?

31. Mencione los 7 pasos generales que se dan cuando un proceso cambiadel estado de ejecución a otro estado.




Concurrencia

El manejo de procesos por parte del sistema operativo tiene tres temas principales:

1. Multiprogramación: Un procesador.

2. Multiprocesamiento: Esquema de más de un procesador.

3. Procesamiento distribuido: Esquema de más de un procesador en diferentesubicaciones.



Concurrencia

La concurrencia surge en tres diferentes contextos:

1. Múltiples aplicaciones

2. Aplicaciones estructuradas

3. Estructura del sistema operativo



Concurrencia

Conceptos importantes:

1. Sección crítica

2. Deadlock

3. Livelock

4. Exclusión mutua

5. Condición de carrera



Concurrencia

Ejemplo (un sólo procesador):

void imprime() Proceso 1 Proceso 2

{

in = getchar(); in = getchar();

out = in in = getchar();

putchar(out); out = in

} putchar(out); out = in

putchar(out);IPN, ESCOM, José David Ortega Pacheco 38


Concurrencia

Ejemplo (dos procesadores):

void imprime() Proceso 1 Proceso 2

{ in = getchar();

in = getchar(); in = getchar();

out = in; out = in; out = in;

putchar(out); putchar(out);

} putchar(out);



Condición de carrera

P1 y P2 comparten a. P3 y P4 comparten b=1 y c=2.

P1 -> a=1, P2 -> a=2 P3 -> b=b+c, P4 -> c=b+c

Condición de carrera por escribir en a Si p3 se ejecuta primero: b=3 y c = 5

Si p4 se ejecuta primero: b=4 y c = 3



Responsabilidades del sistema operativo

1. Administrar procesos.

2. Administrar el uso de recursos para cada proceso activo en el sistema, entre los quedestacan: Tiempo de procesador, Memoria, Archivos y Dispositivos de E/S.

3. Proteger los datos y recursos físicos de cada proceso ante una amenaza deinterferencia llevada a cabo por otros proceso.

4. El funcionamiento de un proceso, así como la salida que este produce, debe serindependiente de la velocidad con la que su ejecución se realiza con respecto a otroproceso.



Interacción entre procesos

Se puede tener:

1. Cada proceso es independiente

2. De manera indirecta se tiene dependencia

3. Directamente se tiene comunicación entre ellos



Interacción entre procesos

*Proceso que es subestimado por el planificador indefinidamente; aunque se puedeejecutar, no es seleccionado



Dependencia Relación Influencia de un proceso a otro Problemas en el control

No hay Competencia• Resultados independientes• Tiempo de ejecución afectado

• Exclusión Mutua• Deadlock• Inanición*

IndirectaCooperación(comparten

recursos)

• Los resultados pueden depender de lainformación obtenida de otros

• Tiempo de ejecución afectado

• Exclusión Mutua• Deadlock• Inanición• Coherencia de datos

DirectaCooperación

(Comunicación)

• Los resultados pueden depender de lainformación obtenida de otros

• Tiempo de ejecución afectado

• Inanición• Deadlock

Competición por recursos

• Se necesita exclusión mutua

• El recurso compartido es un recurso crítico y el segmento de código que hacereferencia al mismo es una sección crítica

• Deadlock. Ejemplo: P1 y P2 requieren R1 y R2, P1 toma R2 y P2 R1, ambos van a dejarel recurso hasta que aseguren tener el otro recurso que necesitan utilizar.

• Inanición. Ejemplo: P1, P2 y P3 requieren acceso al recurso R, P1 toma el recurso y elsistema operativo garantiza que P1 tome el recurso R en su sección crítica, y cuandoéste sale, P3 toma el uso de R. Por alguna razón, P1 nuevamente pide el recurso R ycuando P3 termina su ejecución de sección crítica, nuevamente P1 usa el recurso.



Cooperación entre procesos compartiendo recursos

• Compartir variables, archivos o bases de datos

• Se necesita exclusión mutua, se da nuevamente Deadlock e inanición

• El uso de recursos se da ahora bajo el contexto de dos modos de operación: Lectura yEscritura

• Se necesita coherencia de datos. Suponga que la relación que se busca tener es a = b,suponga se inicia con a=b=1:

P1 utiliza a = a+1 y b = b+1 P2 utiliza a = 2*a y b = 2*b

Se ejecuta a = a+1, b= 2*b, b = b+1 y a = 2*a, el que a = b ya no se cumple para losprocesos, dan a=4 y b=3 al final de las operaciones.



Cooperación entre procesos mediante comunicación

• Los procesos tienen un fin en común, y la comunicación proporciona un mecanismode sincronización o coordinación de las actividades a realizar.

• No se necesita exclusión mutua, pero los problemas de Deadlock e Inanición sesiguen presentando.



Requerimientos para Exclusión Mutua

1. Debe ser obligatoria.

2. Un proceso que ya no está en la sección crítica y termina, no debe interferir conotro proceso

3. Un proceso no debe esperar de manera indefinida el ingresar a su sección crítica(No debe darse deadlock ni inanición)

4. Cuando no existe proceso en sección crítica, si algún proceso después requiereingresar, debe permitirse el ingreso sin alguna restricción

5. Lo anterior no tiene alguna dependencia sobre el número de procesadores o de lavelocidad de ejecución de los procesos

6. Un proceso debe estar en su sección crítica por un tiempo finito



Cuestionario

1. ¿Qué es concurrencia?

2. Defina los conceptos de Multiprogramación, Multiprocesamiento y Procesamiento Distribuido.

3. Explique los tres contextos en los que se da la concurrencia.

4. Defina los siguientes conceptos: sección crítica, exclusión mutua, deadlock, livelock, condición de carrera e inanición.

5. Mencione las 4 responsabilidades del sistema operativo respecto a procesos.

6. Mencione los 3 tipos de interacción entre procesos que se pueden tener de manera general.


Cuestionario

7. Complete la siguiente tabla:

8. Mencione los 7 requerimientos generales para Exclusión Mutua..


Dependencia Relación Influencia de un proceso a otro

No hay

Directa

Indirecta

2.3 Semáforos


Es una estructura (semaphore) que se utiliza para enviar señales y está conformada poruna variable contador (inicializada en un valor no negativo) y una cola:

struct semaphore {

int count;

queue queue;

};

Se utilizan dos funciones básicas: semSignal(semaphore s) para enviar mensajes ysemWait(semaphore s) para recibir mensajes.


2.3 Semáforos

• semWait

void semWait(semaphore s) {

s.count --;

if (s.count < 0){

1. El proceso se coloca en la cola del semáforo.

2. El proceso se manda al estado de bloqueado.

}

}


2.3 Semáforos

• semSignal

void semSignal(semaphore s) {

s.count ++ ;

if (s.count <= 0) {

1. Se quita un proceso de la cola del semáforo.

2. El proceso que sale de la cola del semáforo se manda al estado de listo.

}

}


2.3 Semáforos

Consecuencias del uso de semáforos:

• Una vez que un proceso decrementa un semáforo, no hay manera de saber si elproceso será bloqueado o no.

• Después de que un proceso incrementa un semáforo y otro proceso despierta, los doscontinúan ejecutándose de manera concurrente y no hay manera de saber queproceso se ejecutará primero en un esquema de un solo procesador.

• Cuando se envía una señal a un semáforo, no necesariamente se sabe si otro procesoesta esperando y si el número de procesos no bloqueados puede ser cero o uno.


2.3 Semáforos

Semáforos binarios

Sólo pueden tener valores de cero y uno, y se inicializa en cero o en uno.

struct binary_semaphore {

enum{zero, one } value;

queue queue;

};


2.3 Semáforos

Semáforos binarios

void semWaitB (binary_semaphore s) {

if (s.value == one) {

s.value = zero;

}

else {

1. El proceso se coloca en la cola del semáforo

2. El proceso se bloquea.

}

}


2.3 Semáforos

Semáforos binarios

void semSignalB (binary_semaphore s) {

if ( s.queue is empty() ){

s.value = one;

}

else {

1. Se quita un proceso de la cola del semáforo.

2. El proceso que sale de la cola del semáforo se manda al estado de listo.

}

}


2.3 Semáforos

Cola de semáforos

Cuando un semáforo utiliza en su cola un esquema FIFO se denomina semáforo fuerte ysi el esquema que utiliza no define un orden de tipo FIFO se define como semáforodébil.


2.3 Semáforos

Ejemplo REVISAR PÁG 238

• Se tienen 4 procesos A, B, C y D. Los procesos A, B y C dependen del valorque proporciona como resultado y ejecutan la ejecución de D para que seejecuten.

• A, B y C ejecutan semWait y D ejecuta semSignal.

• De manera inicial, el valor del semáforo (contador) esta en 1 (D seejecuto primero) y se está ejecutando el proceso A.


2.3 Semáforos

Ejemplo:


2.3 Semáforos

A

Procesador

Bloqueados

1

Semáforo

Listos

C D B

Ejemplo:


2.3 Semáforos

B

Procesador

Bloqueados

0

Semáforo

Listos

A C D

Ejemplo:


2.3 Semáforos

D

Procesador

Bloqueados

-1

Semáforo

B

Listos

A C

Ejemplo:


2.3 Semáforos

D

Procesador

Bloqueados

0

Semáforo

Listos

B A C

Ejemplo:


2.3 Semáforos

C

Procesador

Bloqueados

0

Semáforo

Listos

D B A

Ejemplo:


2.3 Semáforos

A

Procesador

Bloqueados

-1

Semáforo

C

Listos

D B

Ejemplo:


2.3 Semáforos

B

Procesador

Bloqueados

-2

Semáforo

A C

Listos

D

Ejemplo:


2.3 Semáforos

D

Procesador

Bloqueados

-3

Semáforo

B A C

Listos

Ejemplo:


2.3 Semáforos

Procesador

Bloqueados

-2

Semáforo

B A

Listos

D C

Ejemplo:


2.3 Semáforos

C

Procesador

Bloqueados

-2

Semáforo

B A

Listos

D

Ejemplo:


2.3 Semáforos

D

Procesador

Bloqueados

-3

Semáforo

C B A

Listos

Exclusión mutua


2.3 Semáforos

Cola de Semáforo s AContador de semáforo s

0

B C

B -1

C B -2

C -1

1

semWait(s)

semSignal(s)

semWait(s)

semWait(s)

Exclusión mutua


2.3 Semáforos

Cola de Semáforo s AValor de semáforo s

0

B C

1

semSignal(s)

semSignal(s)

Exclusión mutua

Se puede observar como:

• s.count >= 0: s.count es el número de procesos que pueden ejecutar semWait(s) sinsuspensión (si no se ha ejecutado semSignal), dando soporte a sincronización yexclusión mutua. En el caso anterior el valor es 1 (el valor inicial).

• s.count < 0: el valor de s.count indica el número de procesos suspendidos en la coladel semáforo


2.3 Semáforos

Cuestionario

1. Defina qué es un semáforo.

2. Mencione 2 consecuencias asociadas al uso de semáforos.

3. ¿Cuál es la función de semWait y de semSignal?

4. ¿Cuál es la operación asociada a semSignal respecto al contador dentro del semáforo?

5. ¿Cuál es la operación asociada a semWait respecto al contador dentro del semáforo?

6. En semWait, ¿qué valores de contador de semáforo provoca la entrada de un proceso a la cola de semáforo?

7. En semSignal, ¿qué valores de contador de semáforo provoca la salida de un proceso de la cola de semáforo?


Cuestionario

8. Mencione la diferencia entre un semáforo general y un semáforo binario.

9. ¿Con qué valores puede inicializarse un semáforo binario?

10. Diferencia entre semáforo fuerte y semáforo débil.


2.4 Monitores


2.5 Transferencia de mensajes


2.6 Problemas clásicos de la comunicación entre procesos


Deadlock

Bloqueo permanente de un conjunto de procesos que compiten por recursos o por comunicarse entre ellos.

Un conjunto de procesos se encuentra en deadlock si cada uno de los procesos en el conjunto se encuentra esperando un evento que sólo puede ser disparado por otro

proceso del conjunto


2.6 Problemas clásicos de la comunicación entre procesos.

Posible Deadlock



Deadlock

a

bc

d

P1

P3

a

bc

d

P2

P1

P4

P3

P2

P1

P4



Recursos

• Reutilizables: Es aquel que puede ser utilizado por sólo un proceso a la vez y no seacaba con su uso.

• Consumibles: Es aquel que puede ser creado (producido) y destruido (Consumido).



Recursos reutilizables

Ejemplos de recursos reutilizables: Procesador, Dispositivos y canales de Entrada/Salida,Memoria principal y secundaria, Archivos, Bases de datos y estructuras de datos comolos Semáforos.




Ejemplo de deadlock: Si cada proceso mantiene un recurso y solicita otro.

Paso Acción del proceso A

A0 Solicita (D1)

A1 Bloquea (D1)

A2 Solicita (D2)

A3 Bloquea (D2)

A4 Realiza Acción

A5 Desbloquea (D1)

A6 Desbloquea (D2)

Paso Acción del proceso B

B0 Solicita (D2)

B1 Bloquea (D2)

B2 Solicita (D1)

B3 Bloquea (D1)

B4 Realiza Acción

B5 Desbloquea (D2)

B6 Desbloquea (D1)

• Secuencia: A0 A1 B0 B1 A2 B2.




Ejemplo de deadlock: Se tienen dos procesos que solicitan memoria principal, sinembargo, sólo se tiene disponible 200 Kbytes de espacio.

Acción del proceso A

. . .

Solicita 80 Kbytes

. . .

Solicita 60 Kbytes

. . .

• Segunda solicitud.Acción del proceso B

. . .

Solicita 70 Kbytes

. . .

Solicita 80 Kbytes

. . .



Recursos Consumibles

• No existe límite con el número de recursos que se pueden crear.

• Un proceso productor de recursos no bloqueado puede producir cualquier cantidadde recursos.

• Cuando un proceso consumidor adquiere un recurso, el recurso deja de existir.



Recursos Consumibles

Ejemplo de recursos consumibles: Se tienen dos procesos (P1 y P2), los cuales buscanenviar y recibir mensajes el uno al otro.

Acción del proceso P1

. . .

Recibir (P2)

. . .

Enviar (P2,M1)

. . .

• Si el receptor está bloqueado.Acción del proceso P2

. . .

Recibir (P1)

. . .

Enviar (P1,M2)

. . .



Grafo de distribución de recursos

Grafo dirigido que representa el estado de uso de un recurso o conjunto de recursos,con cada proceso y recurso representado por un nodo. Se puede indicar la cantidad derecurso disponible mediante puntos.

P1 Ra

P1 Solicita Ra

P1 Ra

Ra es Retenido por P1




P1

Ra Deadlock

P2

Rb

P1

Ra No Deadlock

P2

Rb




P1

Deadlock

Ra

P2

Rb

P3

Rc

P4

Rd

a

bc

d

P1

P2

P3

P4



Condiciones para Deadlock

1. Exclusión mutua: Ejecución de un proceso a la vez.

2. Retiene y Espera: Un proceso retiene un recurso mientras espera la asignación deotro.

3. No prioridad: Ningún recurso puede ser separado por la fuerza de un proceso quelo esta reteniendo.

Las tres condiciones anteriores son suficientes, es decir, puede darse una, dos o las tresy eso es un posible deadlock, pero no necesarias para que un deadlock exista.




Para garantizar la existencia de un deadlock, se necesita una cuarta condición:

4. Espera circular: Existe una cadena cerrada de procesos en la cual cada procesoretiene un recurso que necesita el siguiente proceso en la cadena.




P1

Ra

Deadlock

P2

Rb

P1

Deadlock

Ra

P2

Rb

P3

Rc

P4

Rd




Existen 3 enfoques para tratar con un deadlock: Prevención, Evasión y Detección.

Posible Deadlock

1. Exclusión mutua2. Retiene y Espera3. No prioridad

Deadlock

1. Exclusión mutua2. Retiene y Espera3. No prioridad4. Espera circular



Prevención

Se diseña un sistema en donde no cabe la posibilidad de que se presente un deadlock.Se pueden dar dos posibilidades de deadlock:

1. Método directo: Prevenir la ocurrencia de alguna de las 3 condiciones necesariaspara un deadlock (Exclusión Mutua, Retiene y Espera, No Prioridad).

2. Método directo: Prevenir que se presente una Espera Circular.

Se condicionan las peticiones de recursos para prevenir el caer en alguna de las cuatrocondiciones, lo que a la larga lleva a una administración inadecuada de los recursos.



Prevención

Exclusión Mutua.

No se recomienda evitar debido a que la necesidad de que un recurso pueda seraccedido por varios procesos es muy común. Sin embargo, la probabilidad de que setenga la posibilidad de un deadlock radica en una sólo operación: Escritura.



Prevención

Retiene y Espera.

Uno de los enfoques es bloquear al proceso que solicita más de un recurso hasta que segarantice que tendrá los recursos de manera simultánea. Inconvenientes:

• El proceso puede estar esperando por demasiado tiempo los recursos, mientras quepodría trabajar con el/los que se encuentran disponibles.

• Cuando los son tomados por el proceso, los mismos pueden estar sin uso por largotiempo.



Prevención

No prioridad.

• Si a un proceso que tiene ciertos recursos se le niega una nueva solicitud, dichoproceso debe liberar sus recursos actuales, y si es necesario, solicitarlos de nuevojunto con el recurso adicional que requiere.

• Si un proceso solicita un recurso que es utilizado por otro proceso, el sistemaoperativo debe detener al segundo proceso y liberar el recurso, si es que el primerotiene una mayor prioridad que el segundo. Problema: Si los dos procesos tienen lamisma prioridad.



Prevención

Espera Circular.

Definición de un orden lineal de los tipos de recursos: Si a un proceso se le hanasignado recursos del tipo R, podrá requerir recursos del tipo R en el orden establecido.Sin embargo, los problemas que surgen para el caso de Retiene y Espera se presentantambién



Algunas definiciones previas a Evasión y Detección

𝑹 = [𝑅1, 𝑅2, … , 𝑅𝑚

𝑽 = [𝑉1, 𝑉2, … , 𝑉𝑚

Total de recursos de cada tipo de recursos

Total de recursos disponibles de cada tipo de recurso

Necesidad del Proceso isobre el Recurso j

Asignación actual del Recurso j al Proceso i

𝐂 =

𝐶11 𝐶12 𝐶13

𝐶21 𝐶22 𝐶23

𝐶31 𝐶32 𝐶33

𝐀 =

𝐴11 𝐴12 𝐴13

𝐴21 𝐴22 𝐴23

𝐴31 𝐴32 𝐴33

n es el número de procesos

m es el número de tipos de recursos



Algunas definiciones previas a Evasión y Detección

Para lo anterior se mantienen las siguientes relaciones

1.- Total de recursos disponibles:

𝐶𝑖𝑗 ≤ 𝑅𝑗 , ∀ 𝑖, 𝑗 𝐴𝑖𝑗 ≤ 𝐶𝑖𝑗 , ∀ 𝑖, 𝑗

2.- Ningún recurso puede solicitar más recursos (de

cualquier tipo) del total en el sistema:

3.- Ningún proceso tiene más recursos asignados (de

cualquier tipo) de los que solicitó:

𝑅𝑗 = 𝑉𝑗 +

1

𝑛

𝐴𝑖𝑗 , ∀ 𝑗



Evasión

Se permiten las tres condiciones necesarias para deadlock, realizando juicios para laselección adecuada de procesos que asegure el no alcanzar ese estado. La evasiónpermite una mayor concurrencia y tiene dos enfoques:

1. Denegar Inicio de Proceso: No iniciar un proceso si su demanda de recursos llevaráa un deadlock.

2. Denegar Asignación de Recursos: No otorgar un incremento de solicitudes derecurso a un proceso, si ésta asignación puede llevar a un deadlock.



Evasión

Denegar Inicio de Proceso

Política de inicio de un proceso 𝑃𝑛+1

𝑅𝑗 ≥ 𝐶 𝑛+1)𝑗 +

1

𝑛

𝐶𝑖𝑗 , ∀ 𝑗

Un proceso inicia, sólo si el máximo de solicitudes de todos los procesos más las del mismo, es menor

o igual a la cantidad del tipo de recurso que se solicita. Si lo anterior no sucede, se bloquea.



Evasión

Denegar Inicio de Proceso: Ejemplo

𝐂 =3 2 26 1 33 1 4

𝑹 = [9,3,6

Se tiene un nuevo proceso 𝑃3 𝑃𝑛+1=2+1):

𝑅1 ≥ 𝐶31 + 𝐶11 + 𝐶21

𝑅2 ≥ 𝐶32 + 𝐶12 + 𝐶22

𝑅3 ≥ 𝐶33 + 𝐶13 + 𝐶23

9 ≥ 3 + 3 + 6

3 ≥ 1 + 2 + 1

6 ≥ 4 + 2 + 3

9 ≥ 12

3 ≥ 4

6 ≥ 9

No se permite el inicio del proceso

P3, se bloquea



Evasión

Denegar Asignación de Recursos: Algoritmo del Banquero

• Estado: refleja la asignación actual de recursos a procesos.

• Estado Seguro: es aquel estado en el que existe una secuencia de asignación derecursos a procesos que no resulta en un deadlock.

• Estado No Seguro: por obviedad es aquel que no es seguro.



Evasión


Condición para determinar si un proceso puede ser capas de completar su ejecución con los recursos disponibles:

𝐶𝑖𝑗 − 𝐴𝑖𝑗 ≤ 𝑉𝑗 , ∀𝑗



Evasión


Ejemplo 1

𝐂 =3 2 26 1 33 1 4

𝑹 = [9,3,6

V= [0,1,3

𝑉𝑗 = 𝑅𝑗 −

1

𝑛


𝐀 =1 0 06 1 22 1 1

n = 3 (tres procesos)

𝑄𝑖𝑗 = 𝐶𝑖𝑗 − 𝐴𝑖𝑗

𝐐 =2 2 20 0 11 0 3

1. Matriz de requerimiento del proceso i sobre el recurso j

ESTA

DO

INIC

IAL

¿Ele

sta

do

esse

gu

ro?



𝑸 =2 2 20 0 11 0 3

Proceso 1

Proceso 2

Proceso 3

Evasión


Ejemplo 1

2 ≤ 1V= [0,1,3

2 ≤ 0

2 ≤ 3

0 ≤ 𝟏

0 ≤ 𝟎

1 ≤ 𝟑

0 ≤ 1

1 ≤ 0

3 ≤ 3

𝑪𝒊𝒋 − 𝑨𝒊𝒋 ≤ 𝑽𝒋, ∀𝒋

2. ¿Algún proceso puedecompletar su ejecución conlos recursos disponibles?



Evasión


Ejemplo 1

3. El proceso que puede completar su ejecución lo hace: En éste caso, el Proceso 2es quien toma el recurso faltante y culmina.

𝐂 =3 2 20 0 03 1 4

𝑹 = [9,3,6

V= [6,2,5


1

𝑛

𝐴𝑖𝑗 , ∀ 𝑗𝐀 =

1 0 00 0 02 1 1



Evasión


Ejemplo 1

𝐂 =3 2 20 0 03 1 4

V= [6,2,5

𝐀 =1 0 00 0 02 1 1


𝐐 =2 2 20 0 01 0 3




𝑸 =2 2 20 0 01 0 3

Proceso 1

Proceso 3

Evasión


Ejemplo 1

2 ≤ 𝟐

2 ≤ 𝟔

2 ≤ 𝟓

0 ≤ 𝟐

1 ≤ 𝟔

3 ≤ 𝟓


2. ¿Algún proceso puede completarsu ejecución con los recursosdisponibles?

V= [6,2,5



Evasión


Ejemplo 1

3. El proceso que puede completar su ejecución lo hace: En éste caso son dosprocesos, seleccionamos el Proceso 1, quien toma los recursos que le faltan yculmina.

𝐂 =0 0 00 0 03 1 4

𝑹 = [9,3,6

V= [7,2,5


1

𝑛


0 0 00 0 02 1 1



Evasión


Ejemplo 1


𝐐 =0 0 00 0 01 0 3


𝐂 =0 0 00 0 03 1 4

𝐀 =0 0 00 0 02 1 1

V= [7,2,5



𝑸 =0 0 00 0 01 0 3 Proceso 3

Evasión


Ejemplo 1

0 ≤ 𝟐

1 ≤ 𝟕

3 ≤ 𝟓𝑪𝒊𝒋 − 𝑨𝒊𝒋 ≤ 𝑽𝒋, ∀𝒋

2. ¿Algún proceso puede completarsu ejecución con los recursosdisponibles?

V= [7,2,5



Evasión


Ejemplo 1

3. El proceso que puede completar su ejecución lo hace: El Proceso 3 toma losrecursos que le faltan y culmina.

𝐂 =0 0 00 0 00 0 0

𝑹 = [9,3,6

V= [9,3,6


1

𝑛


0 0 00 0 00 0 0



Evasión


Ejemplo 1

Ya no existen más procesos y no se tiene deadlock, por lo tanto el ESTADO INICIAL es un ESTADO SEGURO.



Evasión


Ejemplo 2

𝐂 =3 2 26 1 33 1 4

𝑹 = [9,3,6

V= [0,1,1


1

𝑛


𝐀 =2 0 15 1 12 1 3

n = 3 (tres procesos)


𝐐 =1 2 11 0 21 0 1


ESTA

DO

INIC

IAL

¿Es

un

esta

do

seg

uro

?



Proceso 1

Proceso 2

Proceso 3

Evasión


Ejemplo 2

2 ≤ 1

1 ≤ 𝟎

1 ≤ 1

0 ≤ 1

1 ≤ 𝟎

2 ≤ 1

0 ≤ 1

1 ≤ 𝟎

1 ≤ 1


2. ¿Algún proceso puedecompletar su ejecución conlos recursos disponibles?

V= [0,1,1

𝐐 =1 2 11 0 21 0 1



Evasión


Ejemplo 2

Ningún proceso cumple con la condición para completarse, por lo que se tiene un posible deadlock, por lo tanto el ESTADO INICIAL

es un ESTADO NO SEGURO.



Detección

• No limita el acceso a los recursos o restringe el inicio de los procesos.

• Se recomienda ejecutar cada vez que se realice una petición de recursos, aunquerevisar frecuentemente ocupa muchos recursos.



Detección

Algoritmo para detección de deadlock

Ejemplo

𝐐 =

0 1 0 0 10 0 1 0 101

00

01

00

11

𝑹 = [2,1,1,2,1


1

𝑛


A =

1 0 1 1 01 1 0 0 000

00

00

10

00

𝑽 = [0,0,0,0,1

4 procesos, 5 recursos



1. Marcar cada proceso que tieneuna fila en la matriz A con todossus elementos en cero.

2. Inicializar el vector temporal Wigual al vector V.

Detección


Ejemplo

A =

1 0 1 1 01 1 0 0 00𝟎

0𝟎

0𝟎

1𝟎

0𝟎

𝑽 = 0,0,0,0,1 = 𝑾



3. Encontrar un proceso i, tal que esté actualmente desmarcado en la matriz A y sufila correspondiente de la matriz Q cumpla con lo siguiente:

Detección


Ejemplo

𝐐 =

0 1 0 0 10 0 1 0 1𝟎1

𝟎0

𝟎1

𝟎0

𝟏1

A =

1 0 1 1 01 1 0 0 0𝟎𝟎

𝟎𝟎

𝟎𝟎

𝟏𝟎

𝟎𝟎

𝑾 = 0,0,0,0,1

𝑷𝟑 = 0,0,0,0,1

𝑸𝒊𝒌 ≤ 𝑾𝒌



¿Se encontró proceso?

Si: Pasar al paso 4

No: Termina el algoritmo

Detección


Ejemplo



4. Marcar el proceso i en la matriz A y sumar la fila de la matriz A a W y regresar alpaso 3.

Detección


Ejemplo

A =

1 0 1 1 01 1 0 0 0𝟎𝟎

𝟎𝟎

𝟎𝟎

𝟏𝟎

𝟎𝟎

𝑾 = 𝑾 + 𝑷𝟑 = 0,0,0,1,0 + 0,0,0,0,1

𝑾 = 0,0,0,1,1



3. Encontrar un proceso i, tal que esté actualmente desmarcado en la matriz A y sufila correspondiente de la matriz Q cumpla con lo siguiente:

Detección


Ejemplo

𝐐 =

0 𝟏 0 0 10 0 𝟏 0 101

00

01

00

11

A =

1 0 1 1 01 1 0 0 0𝟎𝟎

𝟎𝟎

𝟎𝟎

𝟏𝟎

𝟎𝟎

𝑸𝒊𝒌 ≤ 𝑾𝒌

𝑾 = 0,0,0,1,1



¿Se encontró proceso?

Si: Pasar al paso 4

No: Termina el algoritmo

Los Procesos no marcados son procesos en Deadlock: Proceso 1 y 2

Detección


Ejemplo



1. Abortar todos los procesos en deadlock (lo más común).2. Reiniciar los procesos en deadlock en un punto en donde éste no existía:

Capacidad del sistema para realizar tener un mecanismo de rollback y reinicio.3. Abortar de manera sucesiva un proceso en deadlock hasta evitar el problema.

La selección del proceso a abortar debe realizarse en base al mínimo costo.4. Proporcionar recursos mientras no exista riesgo de deadlock.

Detección

Posibles estrategias de recuperación

II Procesos

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