Praktikum iz operativnih sistema

Lekcija 9: Rukovanje deljenim resursima

Prof. dr Branimir Trenki

Resursi - Uvod

Kakve sve zahteve moemo postaviti pred poslove? Vremenski zahtevi

Aktiviranje, kompletiranje, odstupanje (jitter)

Zahtevi po pitanju prvenstva izvravanja Obezbeuju ureenost (redosled) izvravanja

Zahtevi po pitanju deljenih resursa Uslovljavaju sinhronizaciju u pristupu resursima koja

zahtevaju meusobnu iskljuivost u pristupu

Resursi - Uvod

Resurs je bilo koja softverska struktura koju neki task moe iskoristiti u cilju omoguavanja ili unapreenja sopstvenog izvrenja struktura podataka skup promenljivih polje glavne memorije datoteka skup registara nekog periferala .

Resursi - Uvod

Privatni resurs: Resurs dodeljen tano odreenom procesuDeljeni resurs: Resurs koji moe koristiti vie procesa Zatita od istovremenog pristupa meusobna

iskljuivost (mutually exclusive) u korienju resursa

Deo programskog koda koji se izvrava pod uslovima meusobne iskljuivosti kritina sekcija (critical section, CS)

Semafor - Uvod

Operativni sistem obezbeuje: Opti mehanizam sinhronizacije semafor Taskovi koriste semafor u formiranju kritine

sekcije Za svaki deljeni resurs Ri dodeljuje se poseban

semafor Si Semafor je kernel-ova struktura podataka i

moe mu se pristupiti samo: kroz inicijalizaciju kroz dve primitive operativnog sistema wait i signal

Semafor - Uvod Svaka kritina sekcija koja deluje na deljeni

resurs Ri poinje sa primitivom wait(Si) [zakljuava semafor Si] zavrava se sa primitivom signal(Si) [otkljuava Si]

Svi blokirani taskovi na istom resursu se dre u redu(queue) pridruenom semaforu

Primer deljenja iskljuivog resursa

Dva taska i dele mutual exclusive resoursetj. konkretno globalni memorijski bafer

Blokiranje na semaforu

Definisati pojam blokiranja Moe se uoiti da je maksimalno vreme

blokiranja posla prioriteta p1 u oznaci jednakoduini kritine sekcije posla prioriteta p2

Blokiranje na semaforu

Vano je istai: Na alost, u optem sluaju, vreme blokiranja

posla izazvano zauzetou resursa ne moe biti ogranieno na duinu trajanja izvravanja kritine sekcije od strane posla nieg prioriteta!

Pojam blokiranja se odnosi samo na situaciju kada je posao vieg prioriteta u stanju ekanja izazvanog zauzetou resursa od strane posla nieg prioriteta

Rukovanje deljenim resursima

Problemi izazvani uzajamnom iskljuivou

(mutual exclusion)

Misija Mars - Pathfinder

04. Juli 97 sputanje na Mars (posle 6 meseci)

15. Juli 97 sistem je stalno u resetu zbog istekavremenske kontrole robot prestaje saradom

16. Juli 97 vest je obila svet: inenjeri poinju rad

17. Juli 97 greka je naena (verovatnoa 10-6)

Misija Mars - Pathfinder

Misija Mars - Pathfinder

Taskovi BCT i MT dele resurs buffer1Taskovi MT i SCT dele resurs results

Raspored bez konflikta

Kritine sekcije su oznaene razliitim bojama!

Konflikt na kritinoj sekciji

Konflikt na kritinoj sekcijiproboj dedlajna

Inverzija prioriteta

Posledica: Posao vieg prioriteta je blokiran od strane

posla nieg prioriteta u proizvoljno dugom vremenskom intervalu.

Reenje: Uvoenje protokola za kontrolu pristupa

deljenim resursima.

Protokoli pristupa resursimaZa sisteme sa fiksnim prioritetom Ne-prekidajui protokol pristupa

Non Preemptive Protocol (NPP) Najvii prioritet meu onima koji zakljuavaju

Highest Locker Priority (HLP) Protokol sa nasleivanjem prioriteta

Priority Inheritance Protocol (PIP) Protokol vrnog prioriteta

Priority Ceiling Protocol (PCP)Za sisteme i sa fiksnim i sa dinamiki dodeljenimprioritetima Stack Resource Policy (SRP)

Ne-prekidajui protokol (NPP)

Prekidanje poslova u kritinoj sekciji nije dozvoljeno

Realizacija: kada posao ue u kritinu sekciju, njegov prioritet poraste na maksimalnu vrednost Izlaskom is CS poslu se vraa njegov prioritet

Prednosti: jednostavnost realizacije

Negativan efekat: poslovi visokog prioriteta koji ne koriste kritinu sekciju, mogu biti blokirani

Konflikt na kritinoj sekcijiPathfinder

Raspored sa NPP

Prioritet kritine sekcije(CS) je jednak maksimalnom prioritetu u skupu prioriteta taskova

Problem sa NPP

Posao po protokolu nee prekinuti posao , mada bi mogao

Highest Locker Priority (HLP)

Posao u kritinoj sekciji dobija najvii prioritetmeu onim poslovima koji koriste tu kritinu sekciju

odnosno, onih poslova koji mogu da zakljuaju dati semafor

Osobine: Jednostavna realizacija Posao se blokira pri pokuaju prekida, a ne

ulaskom u kritinu sekciju

Raspored sa HLP

Posao je blokiran, ali moe prekinuti posaou okviru kritine sekcije

Problem sa HLP Posao se blokira samo pri prolasku kroz jednu

granu

Protokol sa nasleivanjem prioriteta(PIP)

Priority Inheritance Protocol (PIP) Posao u kritinoj sekciji poveava svoj prioritet

jedino u sluaju ako blokira druge poslove Posao u kritinoj sekciji (CS), nasleuje najvii

prioritet od onih poslova koji su blokirani

Tipovi blokiranja

Blokiranje je kanjenje prouzrokovano poslomnieg prioriteta

Direktno blokiranjePosao nailazi na zakljuan semafor

Push-through blokiranjePosao je blokiran zato to je posao sa niim prioritetom nasledio vii prioritet

Raspored sa PIP

Identifikacija blokirajuih resursa

Posao moe biti blokiran sa onim semaforimakoje koriste poslovi sa niim prioritetom i

(A) direktno su deljeni sa (direktno blokiranje)ili

(B) deljeni su sa poslovima iji je prioritet viiod prioriteta posla

Identifikacija blokirajuih resursa

Posao moe biti blokiran sa onim semaforimakoje koriste poslovi sa niim prioritetom i

Teorema: moe biti blokiran najvie jedanputsa svakim od tih semafora

Teorema: moe biti blokiran najvie jedanputsa svakim od poslova nieg prioriteta

Primer

Posao moe biti blokiran jednom sa (A2 ili C2) jednom sa (B3 ili D3)

Posao moe biti blokiran jednom sa (B3 ili D3)

Posao ne moe biti blokiran

Raspored sa PIP

Ograniavanje vremena blokiranja

Ako je n broj poslova sa prioritetima niim odprioriteta posla

i m je broj semafora na kojima posao moebiti blokiran, tada

Teorema: moe biti blokiran najvie u duinitrajanja min(n, m) kritinih sekcija

Napomene za PIPPrednosti: transparentan za programere ograniava inverziju prioriteta

Nedostaci: ne moe da izbegne mrtve petlje (deadlocks) i

ulanavanje blokiranja

Ulanavanje blokiranja sa PIP

Teorema: moe biti blokiran najvie jedanputsa svakim od poslova nieg prioriteta

Protokol vrnog prioriteta (PCP)

Moe se posmatrati kao PIP + test pristupa Posao ulazi u kritinu sekciju ako i samo

ako je: ona slobodna i ne postoji rizik od ulananog blokiranja

Da bi se obezbedila zatita od ulananog blokiranja, posao se mora stopirati na ulazu u slobodnu kritinu sekciju (vrno (ceiling) blokiranje)

Protokol vrnog prioriteta (PCP) Svakom semaforu sk dodeljuje se vrna

vrednost:

Posao i moe ui u CS samo ako:

Da bi task uao u CS svi zakljuani semafori od strane drugih taskova - moraju imati niu vrnu vrednostod prioriteta datog taska

Raspored sa PCP

t1: 2 je blokiran sa PCP, s obzirom da je P2 < C(s1)=P1

Napomene za PCP

Prednosti: Blokiranje je redukovano na trajanje jedne CS Ima zatitu od mrtve petlje (deadlocks)

Problemi: Protokol nije transparentan za programere:

dodela vrnih vrednosti za svaki semafor

Tipina mrtva petlja

Izbegavanje mrtve petlje sa PCP

Garancije uslovljene resursima Selektujemo (I) algoritam rasporeivanja i

(II) protokol pristupa resursima

Izraunavamo maksimalna vremena blokiranja (Bi) za svaki posao

Izvravamo test garancija koji obuhvata i lanove koji se odnose na blokiranje

Garancije sa RMLui & Layland

D = T

=

=n

i i

ip T

CU1

Garancije sa RMD T

RTA = Response Time Algorithm

Garancije sa EDF

Praktikum iz operativnih sistemaResursi - UvodResursi - UvodResursi - UvodSemafor - UvodSemafor - UvodPrimer deljenja iskljuivog resursaBlokiranje na semaforuBlokiranje na semaforuRukovanje deljenim resursimaMisija Mars - PathfinderMisija Mars - PathfinderMisija Mars - PathfinderRaspored bez konfliktaKonflikt na kritinoj sekcijiKonflikt na kritinoj sekcijiproboj dedlajnaInverzija prioritetaProtokoli pristupa resursimaNe-prekidajui protokol (NPP)Konflikt na kritinoj sekcijiPathfinderRaspored sa NPP Problem sa NPPHighest Locker Priority (HLP)Raspored sa HLPProblem sa HLPProtokol sa nasleivanjem prioriteta(PIP)Tipovi blokiranjaRaspored sa PIPIdentifikacija blokirajuih resursaIdentifikacija blokirajuih resursaPrimerRaspored sa PIPOgraniavanje vremena blokiranjaNapomene za PIPUlanavanje blokiranja sa PIPProtokol vrnog prioriteta (PCP)Protokol vrnog prioriteta (PCP)Raspored sa PCPNapomene za PCPTipina mrtva petljaIzbegavanje mrtve petlje sa PCPGarancije uslovljene resursimaGarancije sa RM Lui & Layland Garancije sa RMGarancije sa EDF