Предотвращение тупиков

Предотвращение тупика основывается на предположении о чрезвычайно высокой его стоимости, поэтому лучше потратить дополнительные ресурсы системы, что­бы исключить вероятность его возникновения при любых обстоятельствах. Этот подход используется в наиболее ответственных системах, обычно в системах ре­ального времени.

Предотвращение можно рассматривать как запрет существования опасных состо­яний. Поэтому подсистема распределения ресурсов, предотвращающая тупик, должна гарантировать, что ни одного из четырех условий, необходимых для его наступления, не возникнет.

264_______________________ Глава 8, Проблема тупиков и методы борьбы с ними

- Условие взаимного исключения можно подавить путем разрешения неограничен­ного разделения ресурсов. Это удобно для повторно входимых программ и ряда драйверов, но совершенно неприемлемо для совместно используемых перемен­ных в критических секциях.

- Условие ожидания можно подавить, предварительно выделяя ресурсы. При этом процесс может начать исполнение, только получив все необходимые ресурсы заранее. Следовательно, общее число затребованных параллельными процес­сами ресурсов должно быть не больше возможностей системы. Поэтому пред­варительное выделение может привести к снижению эффективности работы вычислительной системы в целом. Необходимо также отметить, что предвари­тельное выделение ресурсов зачастую невозможно, так как реально необходи­мые ресурсы становятся известны процессу только в ходе исполнения.

- Условие отсутствия перераспределения можно исключить, позволяя операци­онной системе отнимать у процесса ресурсы. Для этого в операционной систе­ме должен быть предусмотрен механизм запоминания состояния процесса с целью последующего восстановления хода вычислений. Перераспределение процессора реализуется достаточно легко, в то время как перераспределение устройств ввода-вывода крайне нежелательно.

- Условие кругового ожидания можно исключить, предотвращая образование цепи запросов. Это можно обеспечить с помощью принципа иерархического выделе-нияресурсов. Все ресурсы образуют некоторую иерархию. Процесс, затребовав­ший ресурс на одном уровне, может затем потребовать ресурсы только на более высоком уровне. Он может освободить ресурсы на данном уровне, только пос­ле освобождения всех ресурсов на всех более высоких уровнях. После того как процесс получил, а потом освободил ресурсы данного уровня, он может запро­сить ресурсы на том же самом уровне. Пусть имеются процессы Пр1 и Пр2, которые могут иметь доступ к ресурсам R1 и R2, причем R2 находится на более высоком уровне иерархии. Если процесс Пр1 захватил ресурс R1, то процесс Пр2 не может захватить ресурс R2, так как доступ к нему проходит через дос­туп к ресурсу R1, который уже захвачен процессом Пр1. Таким образом, созда­ние замкнутой цепи исключается. Иерархическое выделение ресурсов часто не дает никакого выигрыша, если порядок использования ресурсов, определенный в описании процессов, отличается от порядка уровней иерархии. В этом случае ресурсы будут расходоваться крайне неэффективно.

В целом стратегия предотвращения тупиков — это очень дорогое решение пробле­мы тупиков, и эта стратегия используется нечасто.