Banker’s algorithm • “Safe state” – System state whereby we’re sure that all processes can be executed, in a certain order, one after the other, such that each will obtain all the resources it needs to complete its execution – By ensuring such a sequence exists after each allocation => we avoid deadlock • Banker’s data structure – max[p] = (m_1,m_2, …, m_k) = max resource requirements for process p – cur[p] = (c_1,c_2, …, c_k) = current resource allocation for process p – R = (r_1, r_2, …, r_k) = the current resource request (for some process p) – avail = (a_1, a_2, …., a_k) = currently available (free) resources (global) • Example – max[p] = (3,0,1), cur[p] = (3,0,0) – Note that max[p] >= cur[p] always holds /* compare by coordinates */ OS (234123) - deadlocks 36

Banker’s algorithm • Tentatively assume that request R was granted to process q – cur[q] += R // vector addition – avail -= R // vector subtraction • Check if “safe state” (= can satisfy all processes in some order) – initialize P to hold all non-terminated process – while( P isn’t empty ) { found = false for each p in P { // find one p that can be satisfied if( max[p] – cur[p] <= avail ) // p’s biggest request avail += cur[p] // pretend p terminates P -= {p} found = true } if( ! found ) return FAILURE } return SUCCESS OS (234123) - deadlocks 37

Summary: ways to deal with deadlocks rpt 1. Deadlock “prevention” – Violate one of the 4 conditions necessary for deadlock – Deadlock can’t happen – E.g., by ordering resources & acquiring from smallest to biggest 2. Deadlock “avoidance” – Banker’s algorithm – Requires full knowledge about available & requested resources – System stays away from deadlocks by being careful on a per resource-allocation decision basis 3. Deadlock “detection & recovery” – Allow system to enter deadlock state, but put in place mechanisms that can detect, and then recover from this situation – Typically refer to the algorithmic resource-graph problem OS (234123) - deadlocks 41

מהי החלפת הקשר?מערכות הפעלה - תרגול 610

מהי החלפת הקשר?לכל תהליך יש "הקשר ביצוע" (execution context) המכיל את כל המידע הדרוש לביצוע התהליך.מחסניות, רגיסטרים, תכולת זיכרון, קבצים פתוחים, ..."החלפת הקשר" = עצירת הביצוע של התהליך הנוכחי ושמירת ההקשר שלו.טעינת ההקשר של התהליך הבא לביצוע.הקשר התהליך הנוכחי מתחלף – מכאן שם הפעולה "החלפת הקשר".מערכות הפעלה - תרגול 611

שני סוגים של החלפת הקשרהחלפת הקשר כפויה(== הפקעה)הגרעין מפקיע (כלומר, לוקח בכוח) את המעבד מהתהליך, למשל בעקבות:פסיקת שעון (מטופלת בשגרה scheduler_tick) אשר מגלה כי הזמן שהוקצב לתהליך הנוכחי אזל.אירוע אסינכרוני אשר מעיר תהליך בעל עדיפות טובה יותר מהתהליך הרץ כרגע.לדוגמה: פסיקת דיסק או שחרור מנעול שתהליך המתין לו.החלפת הקשר יזומההתהליך מוותר מרצונו על המעבד, למשל באמצעות:קריאת מערכת חוסמת (כמו wait(), read(), …) אשר מוציאה את התהליך להמתנה.קריאת מערכת exit() אשר מסיימת את התהליך.קריאת מערכת sched_yield() – קריאת מערכת ייעודית לוויתור על המעבד.מערכות הפעלה - תרגול 613

הפקעה (preemption)בעיה: תהליך משתמש עלול לרוץ לנצח (למשל, לולאה אינסופית) ולמנוע את המעבד משאר התהליכים.פגיעה בהוגנות (fairness) ותגובתיות (rrsponsiveness).פתרון: לינוקס מפקיעה (preempt) את המעבד מתהליך אחד לטובת תהליך אחר, בעזרת התקן חומרה מיוחד – השעון.מערכת ההפעלה מבקשת מהשעון לשלוח פסיקה במרווחי זמן קבועים כדי להעביר את השליטה למערכת ההפעלה.כל הפסיקות, בפרט פסיקת שעון, מטופלות במצב גרעין, ואז הגרעין מחליף הקשר אם יש צורך.מערכות הפעלה - תרגול 614

משתנה תנאי (condition variable)משתנה תנאי הוא אובייקט סנכרון המאפשר לחוט לצאת להמתנה בתוך קטע קריטי.כלומר, לפנות את המעבד ולצאת לתור המתנה.ההמתנה תתבצע עד לקיום תנאי כלשהו.ההמתנה מאפשרת לאכוף סדר בביצוע של החוטים. שימוש תכנותי נכון במשתני תנאי מחייב להגדיר גם:משתנה מצב – החוט עובר להמתנה או חוזר מהמתנה בהתאם לערכו של משתנה המצב.מנעול mutex – מבטיח לנו אטומיות והגנה על הקטע הקריטי.מערכות הפעלה - תרגול 86

סכימה כללית למשתני תנאיcond_t c; // should be initializedmutex_t m; // should be initializedint state_var = 0;החוט הממתין לאירוע יקרא ל:while (!condition_holds(state_var)) cond_wait(&c, &m);החוט שמסמן לחוטים הממתינים להמשיך יקרא ל:if (condition_holds(state_var)) cond_signal(&c);מערכות הפעלה - תרגול 87מדוע cond_wait() מקבלתגם את המנעול?

המתנה על משתני תנאיint pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);פעולה: משחררת את המנעול ומעבירה את החוט להמתין על משתנה התנאי באופן אטומי (ראינו קודם מדוע זה הכרחי).החוט הממתין חייב להחזיק במנעול mutex לפני הקריאה.בחזרה מהמתנה על משתנה התנאי, החוט עובר להמתין על המנעול. החוט יחזור מהקריאה ל-pthread_cond_wait() רק לאחר שינעל מחדש את ה-mutex.ערך מוחזר: הפעולה תמיד מצליחה ומחזירה 0.11מערכות הפעלה - תרגול 8