UNIDAD 6 – INTERBLOQUEOS
Los sistemas computacionales están llenos de recursos que pueden ser utilizados por sólo un
proceso a la vez. Si dos procesos utilizan la misma entrada en la tabla del sistema de archivos
invariablemente se corrompe el sistema de archivos. En consecuencia, todos los sistemas
operativos tienen la habilidad de otorgar (en forma temporal) a un proceso el acceso exclusivo
a ciertos recursos
Se denomina INTERBLOQUEO a la situación donde dos o más procesos están bloqueados y van
a permanecer así para siempre.
6.1 RECURSOS
Los interbloqueos pueden ocurrir cuando a los procesos se les otorga acceso exclusivo a los
recursos. Un recurso es cualquier cosa que se debe adquirir, utilizar y liberar con el transcurso
del tiempo.
6.1.1 Recursos apropiativos y no apropiativos
Los recursos pueden ser de dos tipos:
▪
Un recurso apropiativo es uno que se puede quitar al proceso que lo posee sin efectos
dañinos.
▪
Por el contrario, un recurso no apropiativo es uno que no se puede quitar a su
propietario actual sin hacer que el cómputo falle.
En general, los interbloqueos involucran a los recursos no apropiativos. Los interbloqueos
potenciales que pueden involucrar a los recursos apropiativos por lo general se pueden
resolver mediante la reasignación de los recursos de un proceso a otro.
La secuencia de eventos requerida para utilizar un recurso
1. Solicitar el recurso.
2. Utilizar el recurso.
3. Liberar el recurso.
Un proceso al que se le ha negado la petición de un recurso por lo general permanece en un
ciclo estrecho solicitando el recurso, después pasa al estado inactivo y después intenta de
nuevo. Aunque este proceso no está bloqueado, para toda intención y propósito es como si lo
estuviera, debido a que no puede realizar ningún trabajo útil.
6.1.2 Adquisición de recursos
Para ciertos tipos de recursos,
como los registros de una base de
datos, es responsabilidad de los
procesos de usuario administrar
su uso. Una manera de permitir
que los usuarios administren los
recursos es asociar un semáforo
con cada recurso. Si quieren
obtener dos o más recursos, los obtendrán de manera secuencial.
Aquí podemos ver cómo lo que
parece ser una diferencia
insignificante en el estilo de
codificación (cuál recurso adquirir
primero) constituye la diferencia
entre un programa funcional y
uno que falle de una manera
difícil de detectar
6.2 INTRODUCCIÓN A LOS INTERBLOQUEOS
El interbloqueo se puede definir formalmente de la siguiente manera: Un conjunto de procesos
se encuentra en un interbloqueo si cada proceso en el conjunto está esperando un evento que
sólo puede ser ocasionado por otro proceso en el conjunto.
Generalmente, el evento por el que cada proceso espera es la liberación de algún recurso que
actualmente es poseído por otro miembro del conjunto, A este tipo de interbloqueo se le
conoce como interbloqueo de recursos.
6.2.1 Condiciones para los interbloqueos de recursos
Deben aplicarse cuatro condiciones para un interbloqueo (de recursos), si una esta ausente, no
es un interbloqueo:
1. Condición de exclusión mutua. Cada recurso se asigna en un momento dado a sólo un
proceso, o está disponible.
2. Condición de contención y espera. Los procesos que actualmente contienen recursos
que se les otorgaron antes pueden solicitar nuevos recursos.
3. Condición no apropiativa. Los recursos otorgados previamente no se pueden quitar a
un proceso por la fuerza. Deben ser liberados de manera explícita por el proceso que
los contiene.
4. Condición de espera circular. Debe haber una cadena circular de dos o más procesos,
cada uno de los cuales espera un recurso contenido por el siguiente miembro de la
cadena.
6.2.2 Modelado de interbloqueos
Se pueden modelar mediante gráficos dirigidos. Los gráficos tienen dos tipos de nodos:
procesos, que se muestran como círculos, y recursos, que se muestran como cuadros. Un arco
dirigido de un nodo de recurso (cuadro) a un nodo de proceso (círculo) significa que el recurso
fue solicitado previamente por, y asignado a, y actualmente es contenido por ese proceso. Un
arco dirigido de un proceso a un recurso significa que el proceso está actualmente bloqueado,
en espera de ese recurso.
En general, se utilizan cuatro estrategias para lidiar con los interbloqueos.
1. Sólo ignorar el problema. Tal vez si usted lo ignora, él lo ignorará a usted.
2. Detección y recuperación. Dejar que ocurran los interbloqueos, detectarlos y tomar
acción.
3. Evitarlos en forma dinámica mediante la asignación cuidadosa de los recursos.
4. Prevención, al evitar estructuralmente una de las cuatro condiciones requeridas.
6.3 EL ALGORITMO DE LA AVESTRUZ
Si hay un interbloqueo, no hacer nada, ignorarlo.
6.4 DETECCIÓN Y RECUPERACIÓN DE UN INTERBLOQUEO
Cuando se utiliza esta técnica, el sistema no trata de evitar los interbloqueos. En vez de ello,
intenta detectarlos cuando ocurran y luego realiza cierta acción para recuperarse después del
hecho.
6.4.1 Detección de interbloqueos con un recurso de cada tipo
El algoritmo opera al llevar a cabo los siguientes pasos, según lo especificado:
1. Para cada nodo N en el gráfico, realizar
los siguientes cinco pasos con N como el nodo
inicial.
2. Inicializar L con la lista vacía y designar
todos los arcos como desmarcados, siendo L una
lista de nodos, así como la lista de arcos.
3. Agregar el nodo actual al final de L y
comprobar si el nodo ahora aparece dos veces
en L. Si lo hace, el gráfico contiene un ciclo
(listado en L) y el algoritmo termina.
4. Del nodo dado, ver si hay arcos salientes desmarcados. De ser así, ir al paso 5; en caso
contrario, ir al paso 6.
5. Elegir un arco saliente desmarcado al azar y marcarlo. Después seguirlo hasta el nuevo
nodo actual e ir al paso 3.
6. Si este nodo es el inicial, el gráfico no contiene ciclos y el algoritmo termina. En caso
contrario, ahora hemos llegado a un punto muerto. Eliminarlo y regresar al nodo
anterior; es decir, el que estaba justo antes de éste, hacerlo el nodo actual e ir al paso
3.
Si alguna vez regresa a un nodo que ya se haya encontrado, entonces ha encontrado un ciclo.
Pero, si esta propiedad se aplica para todos los nodos, el gráfico completo está libre de ciclos,
por lo que el sistema no está en interbloqueo.
6.4.2 Detección del interbloqueo con varios recursos de cada tipo
Este algoritmo basado en matrices se utiliza para detectar interbloqueos entre n procesos, de
P1 a Pn. Hagamos que el número de clases de recursos sea m, con E1 recursos de la clase 1, E2
recursos de la clase 2 y en general, Ei recursos de la clase i (1 ≤ i ≤ m). E es el vector de
recursos existentes. Este vector proporciona el número total de instancias de cada recurso en
existencia.
Algunos de los recursos están asignados y no están disponibles. Hagamos que A sea el vector
de recursos disponibles, donde Ai proporciona el número de instancias del recurso i que están
disponibles en un momento dado (es decir, sin asignar).
Ahora necesitamos dos arreglos: C, la matriz de asignaciones actuales y R, la matriz de
peticiones. La i-ésima fila de C nos indica cuántas instancias de cada clase de recurso contiene
Pi en un momento
dado. Así Cij es el
número de instancias
del recurso j que están
contenidas por el
proceso i. De manera
similar, Rij es el número
de instancias del
recurso j que desea Pi
El algoritmo de detección de interbloqueos se muestra a continuación.
1. Buscar un proceso desmarcado, Pi, para el que la i-ésima fila de R sea menor o igual
que A.
2. Si se encuentra dicho proceso, agregar la i-ésima fila de C a A, marcar el proceso y
regresar al paso 1.
3. Si no existe dicho proceso, el algoritmo termina.
Cuando el algoritmo termina, todos los procesos desmarcados (si los hay) están en
interbloqueo.
6.4.3 Recuperación de un interbloqueo
Recuperación por medio de apropiación
En algunos casos puede ser posible quitar temporalmente un recurso a su propietario actual y
otorgarlo a otro proceso. En muchos casos se puede requerir intervención manual.
Recuperación a través del retroceso
Si los diseñadores de sistemas y operadores de máquinas saben que es probable que haya
interbloqueos, pueden hacer que los procesos realicen puntos de comprobación en forma
periódica, los cuales contienen la imagen de la memoria, sino también el estado del recurso
Recuperación a través de la eliminación de procesos.
La forma más cruda y simple de romper un interbloqueo es eliminar uno o más procesos. Una
posibilidad es eliminar a uno de los procesos en el ciclo. Con un poco de suerte, los demás
procesos podrán continuar. Si esto no ayuda, se puede repetir hasta que se rompa el ciclo.
6.5 CÓMO EVITAR INTERBLOQUEOS
El sistema debe ser capaz de decidir si es seguro otorgar un recurso o si no lo es, y realizar la
asignación sólo cuando sea seguro. Un interbloqueo puede ser evitado solo si conocemos
cierta información de antemano.
6.5.1 Trayectorias de los recursos
Cada punto en el diagrama representa un estado conjunto de los dos procesos. Las regiones
sombreadas son en especial interesantes. La región con las líneas que se inclinan de suroeste a
noreste representa cuando ambos procesos tienen la impresora. La regla de exclusión mutua
hace imposible entrar a esta región.
6.5.2 Estados seguros e inseguros
Un estado es seguro si hay
cierto orden de
programación en el que se
puede ejecutar cada
proceso hasta
completarse, incluso
aunque todos ellos solicitaran de manera repentina su número máximo de recursos de
inmediato. Mediante una programación cuidadosa, se puede evitar el interbloqueo.
Un estado es inseguro si
no hay una secuencia que
garantice que los
procesos se completarán
6.5.3 El algoritmo del banquero para un solo recurso
Es un algoritmo de programación para evitar interbloqueos. Se modela de la forma en que un
banquero de una pequeña ciudad podría
tratar con un grupo de clientes a los que ha
otorgado líneas de crédito. Lo que hace el
algoritmo es comprobar a medida que va
ocurriendo si al otorgar la petición se
produce un estado inseguro. Si es así, la
petición se rechaza. Si al otorgar la petición
se produce un estado seguro, se lleva a cabo.
6.5.4 El algoritmo del banquero para varios recursos
Se muestran los recursos existentes (E), los
recursos poseídos (P) y los recursos
disponibles (A), respectivamente.
Ahora se puede declarar el algoritmo para
comprobar si un estado es seguro.
1. Buscar una fila R, cuyas
necesidades de recursos no satisfechas
sean menores o iguales que A. Si no existe
dicha fila, el sistema entrará en
interbloqueo en un momento dado, debido
a que ningún proceso se podrá ejecutar hasta completarse.
2. Suponer que el proceso seleccionado de la fila solicita todos los recursos que necesita y
termina. Marcar ese proceso como terminado y agregar todos sus recursos al vector A.
3. Repetir los pasos 1 y 2 hasta que todos los procesos se marquen como terminados (en
cuyo caso el estado inicial era seguro) o hasta que no haya ningún proceso cuyas
necesidades de recursos se puedan satisfacer (en cuyo caso hay un interbloqueo). Si
hay varios procesos que pueden elegirse en el paso 1, no importa cuál esté
seleccionado: la reserva de recursos disponibles aumentará, o en el peor caso,
permanecerá igual.
6.6 CÓMO PREVENIR INTERBLOQUEOS
6.6.1 Cómo atacar la condición de exclusión mutua
Si ningún recurso se asignara de manera exclusiva a un solo proceso, nunca tendríamos
interbloqueos, por lo tanto, la solución es evite asignar un recurso cuando no sea
absolutamente necesario, y trate de asegurarse que la menor cantidad posible de procesos
reclamen ese recurso.
6.6.2 Cómo atacar la condición de contención y espera
Si podemos evitar que los procesos que contienen recursos esperen por más recursos,
podemos eliminar los interbloqueos. Una forma de lograr esta meta es requerir que todos los
procesos soliciten todos sus recursos antes de empezar su ejecución. Si todo está disponible, al
proceso se le asignará lo que necesite y podrá ejecutarse hasta completarse. Si uno o más
recursos están ocupados, no se asignará nada y el proceso sólo esperará.
El problema es que muchos procesos no saben cuántos recursos necesitarán hasta que hayan
empezado a ejecutarse.
Una manera ligeramente distinta de romper la condición de contención y espera es requerir
que un proceso que solicita un recurso libere temporalmente todos los recursos que contiene
en un momento dado. Después puede tratar de obtener todo lo que necesite a la vez.
6.6.3 Cómo atacar la condición no apropiativa
Si a un proceso se le ha asignado la impresora y está a la mitad de imprimir su salida, quitarle la
impresora a la fuerza debido a que el trazador que necesita no está disponible es algo
engañoso como máximo, e imposible en el peor caso. Sin embargo, ciertos recursos se pueden
virtualizar para evitar esta situación
6.6.4 Cómo atacar la condición de espera circular
Esto se puede solucionar de varias formas, una de ellas es tener una regla que establezca un
proceso tiene derecho sólo a un recurso en cualquier momento. Si necesita un segundo
recurso, debe liberar el primero. Otra manera de evitar la espera circular es proporcionar una
numeración global de todos los recursos, y todas las peticiones se deben realizar en orden
numérico.
6.7 OTRAS CUESTIONES
6.7.1 Bloqueo de dos fases
Una operación que ocurre con frecuencia es solicitar bloqueos sobre varios registros y después
actualizar todos los registros bloqueados. A este método se le conoce como bloqueo de dos
fases, el proceso trata de bloquear todos los registros que necesita, uno a la vez. Si tiene éxito
pasa a la segunda fase, realizando sus actualizaciones y liberando los bloqueos.
6.7.2 Interbloqueos de comunicaciones
Un arreglo común es que el proceso A envía un mensaje de petición al proceso B, y después se
bloquea hasta que B envía de vuelta un mensaje de respuesta. Suponga que el mensaje de
petición se pierde. A se bloquea en espera de la respuesta. B se bloquea en espera de una
petición para que haga algo. Tenemos un interbloqueo.
Sólo que éste no es el clásico interbloqueo de recursos. A no está en posesión de un recurso
que B quiere, ni viceversa. De hecho, no hay recursos a la vista. Pero es un interbloqueo de
acuerdo con nuestra definición formal, ya que tenemos un conjunto de (dos) procesos, cada
uno bloqueado en espera de un evento que sólo el otro puede provocar. A esta situación se le
conoce como interbloqueo de comunicación
Los interbloqueos de comunicación no se pueden evitar mediante el ordenamiento de recursos
(ya que no hay ninguno), ni se puede evitar mediante una programación cuidadosa (ya que no
hay momentos en los que se puede posponer una petición). Por fortuna hay otra técnica que
por lo general se puede utilizar para romper los interbloqueos de comunicación: los tiempos
de espera.
6.7.3 Bloqueo activo
En ciertas situaciones se utiliza el sondeo (ocupado en espera).Hay dos procesos los cuales
Cada uno necesita dos recursos y ambos utilizan la primitiva de sondeo entrar_region para
tratar de adquirir los bloqueos necesarios. Si falla el intento, el proceso sólo intenta otra vez. Si
el proceso A se ejecuta primero y adquiere el recurso 1, y después se ejecuta el proceso 2 y
adquiere el recurso 2, sin importar quién se ejecute a continuación, no progresará más, pero
ninguno de los procesos se bloqueará. Sólo utiliza su quantum de CPU una y otra vez sin
progresar, pero sin bloquearse tampoco. Por ende, no tenemos un interbloqueo (debido a que
ningún proceso está bloqueado), pero tenemos algo funcionalmente equivalente al
interbloqueo: el bloqueo activo (livelock)
6.7.4 Inanición
En un sistema dinámico, las peticiones de recursos ocurren todo el tiempo. Se necesita cierta
política para decidir acerca de quién obtiene qué recurso y cuándo. Esta política, aunque
parece razonable, puede ocasionar que ciertos procesos nunca reciban atención, aun cuando
no estén en interbloqueo.